7. Juli 2026

Foto: University of A Coruña/Titus Mombächer

Der CODEX-beta-Detektor. Von links nach rechts: Juliette Alimena (DESY), Philip Ilten (Universität Cincinnati), Carlos Vazquez Sierra (Universität A Coruña).

Ein neuer Detektor-Prototyp namens CODEX-beta hat nun am CERN erste Daten erfasst. Er wurde entwickelt, um einen neuen Ansatz bei der Suche nach verborgenen Teilchen zu testen: Dabei wird nach neuer Physik gesucht, die nach einer Kollision im LHC erst nach einer längeren Entfernung messbar wird.

Die wichtigsten Experimente am Large Hadron Collider (LHC) am CERN gehören zu den besten Werkzeugen, die Forschenden zur Verfügung stehen, um zu erforschen, warum unser Universum so ist, wie es ist. Die aktuelle Theorie der Teilchenphysik beschreibt die bekannten Elementarteilchen mit bemerkenswerter Präzision, lässt jedoch noch immer wichtige Fragen offen: Was ist Dunkle Materie? Warum gibt es im Universum mehr Materie als Antimaterie? Woher hat das Higgs-Boson seine Eigenschaften? Und könnten verborgene Teilchen oder Kräfte Teil der Antwort sein?

Die Hauptexperimente am LHC sind jedoch nicht für jede mögliche Art von Signal optimiert. CODEX-b basiert daher auf einer einfachen, aber wirkungsvollen Idee: Möglicherweise werden bei den LHC-Kollisionen bereits neue Teilchen erzeugt, die jedoch in der Nähe des stark frequentierten Kollisionspunkts schwer zu erkennen sind. Einige könnten mehrere Meter zurücklegen, bevor sie wieder in gewöhnliche Materie zerfallen, und dabei Spuren an Stellen hinterlassen, auf die spezielle Detektoren wie CODEX-b ausgerichtet werden können.

Die CODEX-b-Kollaboration hat nun einen wichtigen Schritt unternommen, um diese Idee zu überprüfen. Im Mai 2026 zeichnete sie ihre ersten Daten mit CODEX-beta auf, einem am LHC installierten Detektor-Prototyp.

CODEX-beta hat eine Seitenlänge von etwa zwei Metern und entspricht damit in etwa einer Version des geplanten CODEX-b-Detektors im Maßstab 1:5. Sein Zweck besteht darin, das Detektorkonzept unter realen LHC-Bedingungen zu testen und die für die Konstruktion des vollständigen Experiments erforderlichen Messdaten zu liefern. Ziel ist es, einen nahezu hintergrundfreien Suchbereich zu schaffen, in dem gewöhnliche Teilchen aus LHC-Kollisionen stark unterdrückt werden und selbst wenige ungewöhnliche Zerfälle hervorstechen könnten. Die Daten von CODEX-beta werden den Forschenden helfen, diese Hintergründe zu verstehen und die Abschirmung für den vollständigen Detektor zu optimieren.

„Die Konzeption und der Bau dieses Prototyps waren eine enorme Leistung einer kleinen Gruppe engagierter Menschen aus der Experimentalphysik, Theoretie und Ingenieurswesen aus dem Bereich der Hochenergiephysik, von denen viele ihre Freizeit für dieses Projekt opferten“, sagte Philip Ilten, Professor an der Universität von Cincinnati und Sprecher des Experiments. „Die Daten dieses Prototyps werden für die Realisierung dieses Detektorkonzepts von entscheidender Bedeutung sein und zeigen, dass wir auf diese Weise tatsächlich nach neuer Physik suchen können.“

Die Teilchen, nach denen CODEX-b suchen soll, sind als langlebige Teilchen bekannt: Teilchen, die lange genug überleben, um eine messbare Strecke zurückzulegen, bevor sie zerfallen. Sie tauchen in vielen Theorien der Physik jenseits des Standardmodells auf und könnten mit wichtigen offenen Fragen in der Teilchenphysik und Kosmologie in Verbindung stehen.

„CODEX-beta ist ein wichtiger Schritt, da es uns ermöglicht, das Detektorkonzept unter realen LHC-Bedingungen zu untersuchen“, sagte Juliette Alimena, Wissenschaftlerin bei DESY, im Exzellenzcluster Quantum Universe und stellvertretende Sprecherin des Experiments. „Wenn wir in einer bewusst ruhigen Umgebung nach seltenen Teilchenzerfällen suchen wollen, müssen wir diese Umgebung zunächst äußerst gut verstehen. Diese ersten Daten sind der Beginn dieses Prozesses.“

CODEX-b wurde 2017 erstmals von vier Wissenschaftlern und Wissenschaftlerinnen des Lawrence Berkeley National Laboratory, der University of Cincinnati und des LPNHE in Paris vorgeschlagen und hat sich zu einer internationalen Zusammenarbeit mit rund 60 Mitgliedern an etwa 20 Institutionen entwickelt. Bei einer Genehmigung durch das CERN würde der vollständige Detektor eine Seitenlänge von etwa zehn Metern haben und neben dem LHCb-Detektor in der Kaverne des Wechselwirkungspunkts 8 des LHC stehen.

„Auch wenn die langlebigen Teilchen, nach denen CODEX-b suchen wird, im Vergleich zum Higgs-Boson eine recht geringe Masse haben, ermöglicht die Nähe zu einem LHC-Kollisionspunkt dem Experiment, exotische Wechselwirkungen mit dem Higgs-Boson selbst zu untersuchen“, sagte Dean Robinson, Theoretiker am Berkeley Lab und einer der Autoren des physikalischen Konzeptvorschlags für CODEX-b. „Ein besseres Verständnis der Wechselwirkungen des Higgs-Bosons könnte der Kern vieler offener Probleme in der heutigen Teilchenphysik sein, und das Erreichen dieses Meilensteins für CODEX-beta ist wirklich aufregend.“

Für die Kollaboration markieren die ersten CODEX-beta-Daten den Beginn einer neuen Phase. Das Projekt ist nicht mehr nur ein Vorschlag, eine Simulation oder ein Detektor im Bau. Es sammelt nun reale Daten am LHC und prüft, ob ein bewusst „ruhig“ ausgelegter Detektor, der abseits des Kollisionspunkts platziert ist, ein neues Fenster zu verborgenen Teilchen öffnen kann.