HIMB: Mehr Myonen für herausragende Experimente

Das PSI hält bereits den Weltrekord für die Anzahl der pro Sekunde für Forschungszwecke produzierten Myonen. Durch HIMB wird diese Intensität voraussichtlich noch einmal um das 100-fache auf zehn Milliarden Myonen pro Sekunde steigen. Darüber hinaus ist an der Universität Zürich ein neues Labor geplant, in dem wesentliche Komponenten für die neuen Versuchsaufbauten an HIMB entwickelt werden sollen.

Am PSI werden Myonen eingesetzt, um Materialien zu untersuchen und deren grundlegende Eigenschaften besser zu verstehen. Myonen werden auch in Fragen der Teilchenphysik eingesetzt, beispielsweise um bisher ungelöste Rätsel des Universums zu entschlüsseln. Beide Bereiche benötigen riesige Mengen an Myonen, wie sie nur am PSI erzeugt werden können.

Der Nationale Forschungsschwerpunkt (NFS) «Muoniverse», der ab 2026 beim PSI und an der Universität Zürich angesiedelt sein wird, soll die HIMB-Infrastruktur nutzen, um die führende Rolle der Schweiz in der Myonenforschung weiter zu stärken.

Blick ins Innere von Materialien mit Myonen

Bei der Untersuchung von Materialeigenschaften nutzen Wissenschaftler Myonen, um aufzudecken, was unter der Oberfläche passiert. Durch Anpassung der Myonenenergie können die Forschenden bestimmen, wie tief diese implantiert werden – bis hin zu wenigen Nanometern unter der Oberfläche. Das ist ideal für die Untersuchung von extrem dünnen Schichten und Hightech-Materialien. Einmal im Inneren angekommen, verhalten sich die Myonen wie winzige Kompasse: Die Forschenden beobachten, wie sie sich in den inneren Magnetfeldern drehen. Dadurch können sie verborgene Phänomene aufspüren – etwa die Funktionsweise von Supraleitern oder das Verhalten magnetischer Schichten in Datenspeichern. 

Für diese als Myonen-Spin-Rotation bekannte Technik ist das PSI weltweit berühmt. Das HIMB-Projekt ermöglicht durch eine höhere Anzahl von Myonen tiefere Einblicke, schnellere Messungen und die Erforschung neuer Materialklassen. Dadurch können praktische Anwendungen schneller umgesetzt werden.

Die Geheimnisse des Universums erforschen

Myonen sind jedoch nicht nur ein leistungsfähiges Werkzeug für die Untersuchung von Materialien. Sie ermöglichen es uns auch, die grundlegenden Fragen der Physik zu erforschen. Durch die Untersuchung dieser instabilen Teilchen können Wissenschaftler unserem Verständnis der Natur auf den Grund gehen, vom Verhalten der Fundamentalkräfte bis hin zur Suche nach einer neuen Physik jenseits des Standardmodells. Die Forschenden beobachten den Zerfall der Myonen und ihre Wechselwirkungen und suchen nach winzigen Abweichungen, die auf unentdeckte Teilchen oder verborgene Symmetrien des Universums hinweisen könnten. 

Das HIMB-Upgrade wird 100-mal mehr Myonen produzieren als heute und es Wissenschaftlern ermöglichen, extrem seltene Prozesse wie verbotene Myonenzerfälle mit weitaus grösserer Präzision zu untersuchen. Dafür sind Messungen mit einer riesigen Anzahl an Teilchen notwendig, um selbst die schwächsten Signale zu erfassen. Damit wird das PSI zum weltweit einzigen Ort, an dem bestimmte Experimente möglich sind, und die Schweiz bleibt an der Spitze der Präzisionsforschung in der Teilchenphysik.