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FOR 5199:  Suche nach Verletzung der Lepton-Familienzahl mit dem Mu3e-Experiment

Fachliche Zuordnung Physik
Förderung Förderung seit 2021
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 443478861
 
Das Vorhaben hat das Ziel eine Forschergruppe für alle am Mu3e-Experiment beteiligten deutschen Gruppen aus Heidelberg, Karlsruhe und Mainz einzurichten. Ziel des Mu3e-Experiments ist es, nach dem seltenen Zerfall μ → eee mit einer ultimativen Sensitivität von kleiner als B(μ → eee)<1E-16 zu suchen. Dieser Zerfall ist im erweiterten Standardmodell (SM) der Teilchenphysik (mit massiven Neutrinos) zwar erlaubt, allerdings wird eine extrem kleine Zerfallsrate von <<1E-56 vorhergesagt, weshalb dieser imRahmen des SMs praktisch nicht beobachtbar ist. Die Entdeckung dieses Leptonfamilienzahl-verletzenden (LFV) Zerfalls würde deshalb in jedem Fall die Existenz neuer Physik jenseits des SMs bedeuten. LFV-Prozesse werden von einer Vielzahl von Modellen jenseits des SMs vorhergesagt. Dazu zählen unter anderem Supersymmetrie, Little Higgs Modelle, Modelle mit Extra (kompaktifizierten) Raum-Dimensionen, oder Große Vereinheitlichungstheorien. Es ist deshalb nicht verwunderlich, dass gleich mehrere Gruppen weltweit an verschiedenen Experimenten zur Suche nach LFV-Prozessen arbeiten. Die experimentelle Ausschlussgrenze für den Zerfall μ → eee stammt vom SINDRUM-Experiment, das vor mehr als 30 Jahren durchgeführt wurde, und beträgt B(μ → eee)< 1E-12 (90% Konfidenzlevel). Das Mu3e-Experiment strebt somit ultimativ eine Verbesserung der Sensitivität von vier Größenordnungen an. In einer ersten Phase (Phase I) soll das Mu3e-Experiment an der PiE5 Strahllinie am Paul-Scherrer Institut (PSI, Schweiz) durchgeführt werden, die einen reinen Myonstrahl mit hoher Intensität liefert. Für Phase I wird eine Sensitivität von B(μ → eee)<5E-15 nach etwa 3 Jahren Datennahme erwartet. Für die Phase II wird eine neue, noch intensivere Strahllinie benötigt, die sich zur Zeit in Planung befindet.Im Rahmen der Forschergruppe wollen sich die deutschen Gruppen am Aufbau, der Inbetriebnahme und der Datennahme am Mu3e Phase I Experiments beteiligen. Die deutschen Gruppen haben maßgeblich an der Vorbereitung des Experiments mitgewirkt und planen die Verantwortung für Hauptkomponenten des Detektors zu übernehmen. Dazu zählen der Spurdetektor aus modernen monolithischen Silizium-Pixelsensoren, die Szintillationszähler zur präzisen Zeitmessung, sowie das Datennahmesystem einschließlich eines GPU-basierten Prozessorsystems.
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