B-фабрика: відмінності між версіями

[неперевірена версія]

[перевірена версія]

← Попереднє редагування Наступне редагування →

Вилучено вміст Додано вміст

Лінійно

Версія за 22:00, 31 січня 2021

B-фабрика (англ. B-factory) — спеціальний прискорювач частинок, що спеціалізується на утворенні та вивченні B-мезонів.

Принцип роботи

Електрони та позитрони прискорюються на зустрічних кругових орбітах і зіштовхуються так, що енергія зіткнень в системі центру мас становить рівно 10,580 ГеВ. При цій енергії (з певною імовірністю) утворюється резонанс ϒ(4S), який є збудженим станом системи b-кварка з анти-b-кварком. Саме завдяки збігу обставин ця енергія лише на 0,021 ГеВ перевищує ту, що необхідна для отримання двох B-мезонів. Тому резонанс ϒ(4S) майже завжди розпадається рівно на два B-мезони і нічого більше. Каналами його розпаду є $B^{0}{\bar {B}}^{0}$ та $B^{+}B^{-}$ , що мають приблизно рівну ймовірність (невелика різниця виникає через різницю в масі зарядженого та нейтрального B-мезонів та через кулонівську взаємодію^[1]), при цьому два мезони перебувають в сплутаних квантових станах. Маса мезонів B_{c, s} вже є занадто високою і потребує більшої енергії прискорювача: B_s мезони можна отримати на енергії зіткнень у 10,885 ГеВ, що відповідає резонансу ϒ(5S).

Цікавою є можливість легко «вимкнути» утворення B-мезонів при зовсім незначному зменшенню енергії зіткнення. Це дає можливість вивчати фон інших небажаних частинок, що неминуче утворюються в зіткненнях електронів та позитронів (а також внаслідок взаємодії пучків з матеріалом)^[2].

Вивчення порушень CP-симетрії

Оскільки енергія резонансу Y(4S) лише трохи перевищує енергію спокою двох B мезонів, вони отримують дуже малу кінетичну енергію, тому перебувають майже у стані спокою (в системі центру мас). Щоб спостерігати цікаві ефекти, такі як залежність від часу порушення CP-симетрії, необхідно, щоб B-мезони швидко рухалися та могли пролетіти значну відстань до того, як розпадуться. Цього можна досягти, якщо енергія двох пучків буде різною. Як наслідок, центр маси системи більше не перебуватиме в стані спокою, тому B-мезони рухатимуться разом з ним у бажаному напрямку, що дозволяє виміряти час розпаду шляхом вимірювання координат місця розпаду. Це має вирішальне значення для вимірювання залежних від часу асиметрій CP у системі нейтральних мезонів B у разі розпаду на власні стани CP-симетрії, оскільки у розпаді $\Upsilon (4S)\rightarrow B^{0}{\bar {B}}^{0}$ обидва B-мезони квантово заплутані:

\Psi _{B{\bar {B}}}=1/{\sqrt {2}}\cdot (B{\bar {B}}-{\bar {B}}B).

Таким чином, момент відліку часу можна визначити як момент розпаду першого з двох B-мезонів, і таким чином виміряти різницю в часі до розпаду другого мезона. Від'ємні різниці в часі також вимірюються в експерименті. Якщо один з мезонів розпадається в кінцевий стан, що не є власним станом CP-симетрії (тобто, такий, що може бути утвореним лише в розпаді $B^{0}$ , але не ${\bar {B}}^{0}$ , чи навпаки), це дає можливість автоматично визначити, який із двох мезонів був $B^{0}$ , а який — ${\bar {B}}^{0}$ . Це дає можливість порівняти процеси розпаду мезона та анти-мезона, тобто, виміряти відхилення від CP-симетрії.

Точні вимірювання такого роду на B-фабриках показали, що спостережуване порушення CP-симетрії можна описати комплексною фазою CKM-матриці (матриця Кабібо-Кобаясі-Маскави). Після підтвердження теорії CKM-матриці на B-фабриках BaBar (США) та Belle (Японія), фізики-теоретики Макото Кобаясі та Тошіхіде Маскава, які запропонували цю матрицю, були нагороджені Нобелівською премією з фізики 2008 року.

Приклади B-фабрик

Двома найвідомішими прикладами B-фабрик є прискорювач РЕР-II Стенфордського центру лінійного прискорювача (SLAC) в Стенфорді (США), що використовувався для експеримента BaBar (припинив роботу 2008 року), та прискорювач SuperKEKB у KEK в Цукубі (Японія), який використовується з 2018 року для експеримента Belle II. Останній є модернізацією експерименту Belle, що працював до 2010 року^[3].

Див. також

LHCb

Список літератури

↑ Voloshin, M. B. (20 серпня 2003). Variation of the Relative Yield of Charged and Neutral B Mesons Across the ϒ(4S) Resonance. Modern Physics Letters A (англ.). Т. 18, № 25. с. 1783—1791. doi:10.1142/S0217732303011538. ISSN 0217-7323. Процитовано 31 січня 2021.
↑ Bevan, A. J.; Golob, B.; Mannel, Th.; Prell, S.; Yabsley, B. D.; Aihara, H.; Anulli, F.; Arnaud, N.; Aushev, T. (2014-11). The Physics of the B Factories. The European Physical Journal C (англ.). Т. 74, № 11. с. 3026. doi:10.1140/epjc/s10052-014-3026-9. ISSN 1434-6044. Процитовано 31 січня 2021.
↑ First physics for Belle II. CERN Courier (брит.). 10 квітня 2020. Процитовано 31 січня 2021.

Веб-посилання

SLAC. PEP-II: Asymmetric B Factory. Процитовано 20. Januar 2013.
BABAR Collaboration. BABAR Experiment - öffentliche Webseite. Процитовано 20. Januar 2013.
KEK. KEKB Webseite. Процитовано 20. Januar 2013.
Belle Collaboration. Belle Webseite. Процитовано 20. Januar 2013.
K. Akai. - SuperKEKB Accelerator Status, 13th Belle II Open Collaboration Meeting. Процитовано 17. Januar 2013.

[1] Voloshin, M. B. (20 серпня 2003). Variation of the Relative Yield of Charged and Neutral B Mesons Across the ϒ(4S) Resonance. Modern Physics Letters A (англ.). Т. 18, № 25. с. 1783—1791. doi:10.1142/S0217732303011538. ISSN 0217-7323. Процитовано 31 січня 2021.

[2] Bevan, A. J.; Golob, B.; Mannel, Th.; Prell, S.; Yabsley, B. D.; Aihara, H.; Anulli, F.; Arnaud, N.; Aushev, T. (2014-11). The Physics of the B Factories. The European Physical Journal C (англ.). Т. 74, № 11. с. 3026. doi:10.1140/epjc/s10052-014-3026-9. ISSN 1434-6044. Процитовано 31 січня 2021.

[3] First physics for Belle II. CERN Courier (брит.). 10 квітня 2020. Процитовано 31 січня 2021.

[1]

[2]

[3]

@@ Рядок 1: / Рядок 1: @@
-'''B-фабрика''' (англ. ''B-factory'') – спеціальний [[Прискорювач заряджених частинок|прискорювач частинок,]] що спеціалізується на утворенні та вивченні [[B-мезон|B-мезонів]].
+'''B-фабрика''' (англ. ''B-factory'')&nbsp;— спеціальний [[Прискорювач заряджених частинок|прискорювач частинок,]] що спеціалізується на утворенні та вивченні [[B-мезон]]ів.
 == Принцип роботи ==
-[[Електрон|Електрони]] та [[Позитрон|позитрони]] прискорюються на зустрічних кругових орбітах і зіштовхуються так, що енергія зіткнень в системі центру мас становить рівно 10,580 ГеВ. При цій енергії (з певною імовірністю) утворюється [[резонанс]] [[Іпсилон-мезон|ϒ(4S)]], який є [[Збуджений стан квантовомеханічної системи|збудженим станом]] системи [[Кварк|b-кварка]] з анти-b-кварком. Саме завдяки збігу обставин ця енергія лише на 0,021&nbsp;ГеВ перевищує ту, що необхідна для отримання двох B-мезонів. Тому резонанс ϒ(4S) майже завжди розпадається рівно на два B-мезони і нічого більше. Каналами його розпаду є <math>B^0\bar{B}^0</math> та <math>B^+B^-</math>, що мають приблизно рівну ймовірність (невелика різниця виникає через різницю в масі зарядженого та нейтрального B-мезонів та через кулонівську взаємодію<ref>{{Cite news|title=Variation of the Relative Yield of Charged and Neutral B Mesons Across the ϒ(4S) Resonance|url=https://www.worldscientific.com/doi/abs/10.1142/S0217732303011538|work=Modern Physics Letters A|date=2003-08-20|accessdate=2021-01-31|issn=0217-7323|doi=10.1142/S0217732303011538|pages=1783–1791|volume=18|issue=25|language=en|first=M. B.|last=Voloshin}}</ref>), при цьому два мезони перебувають в [[Сплутані квантові стани|сплутаних квантових станах]]. Маса мезонів B<sub>c,s</sub> вже є занадто високою і потребує більшої енергії прискорювача: B<sub>s</sub> мезони можна отримати на енергії зіткнень у 10,885 ГеВ, що відповідає резонансу ϒ(5S).
+[[Електрон]]и та [[позитрон]]и прискорюються на зустрічних кругових орбітах і зіштовхуються так, що енергія зіткнень в системі центру мас становить рівно 10,580 ГеВ. При цій енергії (з певною імовірністю) утворюється [[резонанс]] [[Іпсилон-мезон|ϒ(4S)]], який є [[Збуджений стан квантовомеханічної системи|збудженим станом]] системи [[Кварк|b-кварка]] з анти-b-кварком. Саме завдяки збігу обставин ця енергія лише на 0,021&nbsp;ГеВ перевищує ту, що необхідна для отримання двох B-мезонів. Тому резонанс ϒ(4S) майже завжди розпадається рівно на два B-мезони і нічого більше. Каналами його розпаду є <math>B^0\bar{B}^0</math> та <math>B^+B^-</math>, що мають приблизно рівну ймовірність (невелика різниця виникає через різницю в масі зарядженого та нейтрального B-мезонів та через кулонівську взаємодію<ref>{{Cite news|title=Variation of the Relative Yield of Charged and Neutral B Mesons Across the ϒ(4S) Resonance|url=https://www.worldscientific.com/doi/abs/10.1142/S0217732303011538|work=Modern Physics Letters A|date=2003-08-20|accessdate=2021-01-31|issn=0217-7323|doi=10.1142/S0217732303011538|pages=1783–1791|volume=18|issue=25|language=en|first=M. B.|last=Voloshin}}</ref>), при цьому два мезони перебувають в [[Сплутані квантові стани|сплутаних квантових станах]]. Маса мезонів B<sub>c, s</sub> вже є занадто високою і потребує більшої енергії прискорювача: B<sub>s</sub> мезони можна отримати на енергії зіткнень у 10,885 ГеВ, що відповідає резонансу ϒ(5S).
-Цікавою є можливість легко “вимкнути” утворення B-мезонів при зовсім незначному зменшенню енергії зіткнення. Це дає можливість вивчати фон інших небажаних частинок, що неминуче утворюються в зіткненнях електронів та позитронів (а також внаслідок взаємодії пучків з матеріалом).
+Цікавою є можливість легко «вимкнути» утворення B-мезонів при зовсім незначному зменшенню енергії зіткнення. Це дає можливість вивчати фон інших небажаних частинок, що неминуче утворюються в зіткненнях електронів та позитронів (а також внаслідок взаємодії пучків з матеріалом)<ref>{{Cite news|title=The Physics of the B Factories|first3=Th.|first9=T.|last8=Arnaud|first8=N.|last7=Anulli|first7=F.|last6=Aihara|first6=H.|last5=Yabsley|first5=B. D.|last4=Prell|first4=S.|last3=Mannel|last2=Golob|url=http://link.springer.com/10.1140/epjc/s10052-014-3026-9|first2=B.|last=Bevan|first=A. J.|language=en|issue=11|volume=74|pages=3026|doi=10.1140/epjc/s10052-014-3026-9|issn=1434-6044|accessdate=2021-01-31|date=2014-11|work=The European Physical Journal C|last9=Aushev}}</ref>.
 == Вивчення порушень CP-симетрії ==
-Оскільки енергія резонансу Y(4S) лише трохи перевищує енергію спокою двох B мезонів, вони отримують дуже малу [[Кінетична енергія|кінетичну енергію]], тому   перебувають майже у стані спокою (в системі центру мас). Щоб спостерігати цікаві ефекти, такі як залежність від часу порушення CP-симетрії,  необхідно, щоб B-мезони швидко рухалися та могли пролетіти значну відстань до того, як розпадуться. Цього можна досягти, якщо енергія двох пучків буде різною. Як наслідок, [[Центр інерції|центр маси]] системи більше не перебуватиме в стані спокою, тому B-мезони рухатимуться разом з ним у бажаному напрямку, що дозволяє виміряти час [[Радіоактивність|розпаду]] шляхом вимірювання координат місця розпаду. Це має вирішальне значення для вимірювання залежних від часу асиметрій CP у системі нейтральних мезонів B у разі розпаду на [[Власний стан|власні стани]] CP-симетрії, оскільки у розпаді <math>\Upsilon(4S)\rightarrow B^0\bar{B}^0</math> обидва B-мезони [[Сплутані квантові стани|квантово заплутані]]:
+Оскільки енергія резонансу Y(4S) лише трохи перевищує енергію спокою двох B мезонів, вони отримують дуже малу [[Кінетична енергія|кінетичну енергію]], тому перебувають майже у стані спокою (в системі центру мас). Щоб спостерігати цікаві ефекти, такі як залежність від часу порушення CP-симетрії, необхідно, щоб B-мезони швидко рухалися та могли пролетіти значну відстань до того, як розпадуться. Цього можна досягти, якщо енергія двох пучків буде різною. Як наслідок, [[Центр інерції|центр маси]] системи більше не перебуватиме в стані спокою, тому B-мезони рухатимуться разом з ним у бажаному напрямку, що дозволяє виміряти час [[Радіоактивність|розпаду]] шляхом вимірювання координат місця розпаду. Це має вирішальне значення для вимірювання залежних від часу асиметрій CP у системі нейтральних мезонів B у разі розпаду на [[Власний стан|власні стани]] CP-симетрії, оскільки у розпаді <math>\Upsilon(4S)\rightarrow B^0\bar{B}^0</math> обидва B-мезони [[Сплутані квантові стани|квантово заплутані]]:
 : <math>\Psi_{B \bar{B}} = 1 / \sqrt{2} \cdot (B \bar{B} - \bar{B} B).</math>
-Таким чином, момент відліку часу можна визначити як момент розпаду першого з двох B-мезонів, і таким чином виміряти різницю в часі до розпаду другого мезона. Від'ємні різниці в часі також вимірюються в експерименті. Якщо один з мезонів розпадається в кінцевий стан, що не є власним станом CP-симетрії (тобто, такий, що може бути утвореним лише в розпаді <math>B^0</math>, але не <math>\bar{B}^0</math>, чи навпаки), це дає можливість автоматично визначити, який із двох мезонів був <math>B^0</math>, а який – <math>\bar{B}^0</math>. Це дає можливість порівняти процеси розпаду мезона та анти-мезона, тобто, виміряти відхилення від CP-симетрії.
+Таким чином, момент відліку часу можна визначити як момент розпаду першого з двох B-мезонів, і таким чином виміряти різницю в часі до розпаду другого мезона. Від'ємні різниці в часі також вимірюються в експерименті. Якщо один з мезонів розпадається в кінцевий стан, що не є власним станом CP-симетрії (тобто, такий, що може бути утвореним лише в розпаді <math>B^0</math>, але не <math>\bar{B}^0</math>, чи навпаки), це дає можливість автоматично визначити, який із двох мезонів був <math>B^0</math>, а який&nbsp;— <math>\bar{B}^0</math>. Це дає можливість порівняти процеси розпаду мезона та анти-мезона, тобто, виміряти відхилення від CP-симетрії.
 Точні вимірювання такого роду на B-фабриках показали, що спостережуване порушення CP-симетрії можна описати комплексною фазою [[CKM-матриця|CKM-матриці]] (матриця Кабібо-Кобаясі-Маскави). Після підтвердження теорії CKM-матриці на B-фабриках BaBar (США) та Belle (Японія), фізики-теоретики [[Кобаясі Макото|Макото Кобаясі]] та [[Масукава Тосіхіде|Тошіхіде Маскава]], які запропонували цю матрицю, були нагороджені [[Нобелівська премія з фізики|Нобелівською премією з фізики]] 2008 [[Нобелівська премія з фізики|року]].
 == Приклади B-фабрик ==
-Двома найвідомішими прикладами B-фабрик є прискорювач РЕР-II  Стенфордського центру лінійного прискорювача (SLAC) в [[Стенфордський університет|Стенфорді]] ([[Сполучені Штати Америки|США]]), що використовувався для [[Експеримент BaBar|експеримента BaBar]] (припинив роботу 2008 року), та прискорювач [[SuperKEKB]] у KEK в [[Цукуба (Ібаракі)|Цукубі]] ([[Японія]]), який використовується з 2018 року для [[Експеримент Belle II|експеримента Belle II]].  Останній є модернізацією експерименту Belle, що працював до 2010 року.
+Двома найвідомішими прикладами B-фабрик є прискорювач РЕР-II Стенфордського центру лінійного прискорювача (SLAC) в [[Стенфордський університет|Стенфорді]] ([[Сполучені Штати Америки|США]]), що використовувався для [[Експеримент BaBar|експеримента BaBar]] (припинив роботу 2008 року), та прискорювач [[SuperKEKB]] у KEK в [[Цукуба (Ібаракі)|Цукубі]] ([[Японія]]), який використовується з 2018 року для [[Експеримент Belle II|експеримента Belle II]]. Останній є модернізацією експерименту Belle, що працював до 2010 року<ref>{{Cite web|title=First physics for Belle II|url=https://cerncourier.com/a/first-physics-for-belle-ii/|website=CERN Courier|date=2020-04-10|accessdate=2021-01-31|language=en-GB}}</ref>.
 == Див. також ==
 [[LHCb]]
+== Список літератури ==
 <references />

B-фабрика: відмінності між версіями

Версія за 22:00, 31 січня 2021

Зміст

Принцип роботи

Вивчення порушень CP-симетрії

Приклади B-фабрик

Див. також

Список літератури

Веб-посилання

Навігаційне меню

B-фабрика: відмінності між версіями

Версія за 22:00, 31 січня 2021

Принцип роботи

Вивчення порушень CP-симетрії

Приклади B-фабрик

Див. також

Список літератури

Веб-посилання

Навігаційне меню

Пошук