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 Mu3e-Experiment sucht nach dem lepton-flavour-verletzenden Zerfall μ→eee. In einer ersten Phase soll eine Sensitivität für das Verzweigungsverhältnis von 2-3 ∙1015, entsprechend einer Verbesserung um einen Faktor 200 gegenüber der bestehenden Ausschlussgrenze. Ein neuartiges Detektorkonzept basierend auf ultra-dünnen monolithischen, aktiven Pixelsensoren, szintillierenden Fasern und Kacheln für genau Zeitmessung und einem triggerlosen Datennahmesystem kombiniert mit einer Online-Rekonstruktion auf Grafikkarten ermöglicht dieses Sensitivitätsziel. Das Experiment befindet sich zur Zeit am Paul Scherrer Institut (PSI) in der Schweiz im Aufbau und ist eine Kollaboration von Instituten aus Deutschland, der Schweiz und dem Vereinigten Königreich. Die Deutschen Institute spielen Schlüsselrollen, indem sie die Pixelsensoren entwickelt haben und den Vertex-Detektor bauen, den Chip für die Zeitmessung entwickelt haben und den Detektor aus szintillierenden Kacheln bauen sowie das Datennahmesystem und Ereignisfilter bauen. Ebenso leisten Sie führende Beiträge zur Simulations-, Rekonstruktions- und Analysesoftware. In der zweiten Förderperiode wird der Detektor zusammengebaut und in Betrieb genommen und eine erste Datenname, die eine kompetitive Suche nach dem Zerfall μ→eee ermöglicht, durchgeführt. Das PSI baut ab 2027 eine neue, hochintensive Muonstrahllinie, welche Mu3e etwa 2∙109 Muonen pro Sekunde zur Verfügung stellen wird und es damit ermöglicht, die ultimative Sensitivität im Bereich von 10-16 zu erreichen. Ein gezieltes Entwicklungsprogramm adressiert die Herausforderungen durch die 20-fach höheren Raten in der zweiten Phase des Experiments: Pixelsensoren mit besserer Zeitauflösung, ein ultraschneller Pixelsensor als Ersatz für die szintillierenden Fasern sowie schnelle Datenübertragung aus dem Detektor und verbesserte Rekonstruktionsalgorithmen gehören dazu.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen

Projekte

• Koordinationsfonds (Antragsteller Schöning, André )
• Suche nach Verletzung der Lepton-Familienzahl mit dem Mu3e-Experiment -- Datennahme (Antragsteller Berger, Niklaus )
• Suche nach Verletzung der Lepton-Familienzahl mit dem Mu3e-Experiment - Pixel Spurdetector (Antragsteller Schöning, André )
• Suche nach Verletzung der Lepton-Familienzahl mit dem Mu3e-Experiment - Pixelsensor (Antragsteller Peric, Ivan )
• Suche nach Verletzung der Lepton-Familienzahl mit dem Mu3e-Experiment - Scintillating Tile Detector (Antragsteller Schultz-Coulon, Hans-Christian )

• Sprecher: Professor Dr. André Schöning