В эксперименте Belle II электроны и их античастицы, позитроны, сталкиваются друг с другом. Это приводит к генерации B-мезонов, пар, состоящих из кварка и антикварка. Во время более ранних экспериментов (Belle и BaBar) ученым удалось наблюдать, что B-мезоны и анти-B-мезоны распадаются с разной скоростью (1).
Это явление известно как нарушение СР (2).
Он предлагает ориентацию, когда дело доходит до вопроса о том, почему Вселенная почти не содержит антивещества – даже несмотря на то, что после Большого взрыва обе формы материи должны были присутствовать в равных количествах.
Будет ли Belle II открывать новую физику?
«Однако наблюдаемая на сегодняшний день асимметрия слишком мала, чтобы объяснить отсутствие антиматерии», – говорит Ханс-Гюнтер Мозер из Института физики Макса Планка. «Вот почему мы ищем более мощный механизм, который до сих пор остается неизвестным, который вырвал бы границы« стандартной модели физики элементарных частиц », которая использовалась до сих пор. Однако, чтобы найти эту новую физику и предоставить ей статистические доказательства, физики должны собрать и оценить гораздо больше данных, чем они сделали на сегодняшний день."
С учетом этой задачи бывший ускоритель KEK и Belle, которые работали с 1999 по 2010 год, были полностью модернизированы. Сейчас они работают под названиями Belle II и SuperKEKB.
Ключевым нововведением является 40-кратное увеличение светимости, количества столкновений частиц на единицу площади.
Для этого ученые и техники значительно уменьшили профиль пучка частиц; в то же время в будущем можно будет удвоить количество сгустков дробовых частиц. Таким образом, вероятность того, что частицы действительно могут столкнуться друг с другом, значительно увеличивается. Таким образом, в будущем у ученых будет в 50 раз больше данных, доступных для оценки.
Высокоточная запись треков частиц
Однако дополнительный объем данных создает серьезные проблемы, когда речь идет о качестве анализа, предоставляемого детектором. После столкновения частиц B-мезоны распадаются всего на 0.1 миллиметр в среднем полете. Это означает, что детекторы должны работать очень быстро и точно.
Это обеспечивается высокочувствительным пиксельным вершинным детектором, большая часть которого была разработана и построена в Физическом институте Макса Планка и в лаборатории полупроводников Общества Макса Планка. Детектор имеет в целом 8 миллионов пикселей и обеспечивает 50 000 изображений в секунду.
«В детектор вершин пикселей встроено несколько специальных технологий, – поясняет Мозер. «Когда новые пакеты частиц загружаются в SuperKEKB, который изначально создает очень большой фон, мы можем ослепить детектор примерно на 1 микросекунду. Это означает, что нерелевантные сигналы могут быть заблокированы.«Кроме того, датчики детектора не толще человеческого волоса и имеют ширину всего 75 микрометров.
Физики надеются, что таким образом они смогут предотвратить рассеивание частиц при прохождении через материю.
Начало измерений будет означать окончание крупного строительного проекта. Девять лет ученые и инженеры работали над переделкой и модернизацией детектора. Начавшаяся гонка продлится до 1 июля 2019 года.
SuperKEKB и Belle II перезапустятся в октябре 2019 года после короткой паузы для обслуживания.
(1) В 2008 году японские профессора Макото Кобаяси и Тосихиде Маскава получили Нобелевскую премию по физике за это открытие.
(2) Плата / Четность
(3) Вершинный пиксельный детектор был разработан и построен 11 исследовательскими институтами: Excellence Cluster Universe, DESY, лаборатория полупроводников Общества Макса Планка, Университет Людвига-Максимилиана в Мюнхене, Технологический институт Карлсруэ, Физический институт Макса Планка, Технический Мюнхенский университет, Боннский университет, Гиссенский университет, Геттингенский университет, Гейдельбергский университет.
Начисление / паритет
Вершинный пиксельный детектор был разработан и построен 11 исследовательскими институтами: Excellence Cluster Universe, DESY, лаборатория полупроводников Общества Макса Планка, Ludwig-Maximilians-Universitaet Muenchen, Технологический институт Карлсруэ, Физический институт Макса Планка, Технический университет Мюнхена. , Боннский университет, Гиссенский университет, Геттингенский университет, Гейдельбергский университет.