Експеримент Belle II

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до навігації Перейти до пошуку
Відкритий детектор Belle II перед установкою внутрішньої трекінгової системи.

Експеримент Belle II – це експеримент з фізики елементарних частинок, призначений для вивчення властивостей B-мезонів (важких частинок, що містять b-кварк). Belle II є модернізацією експерименту Belle, що працював з 1999 по 2010 роки[1]. Детектор Belle II розташований у прискорювальному комплексі SuperKEKB[2] в Цукубі, префектура Ібаракі, Японія. Детектор був встановлений у квітні 2017 року[3] та розпочав збір даних на початку 2019 року[4]. Очікується, що за період своєї роботи Belle II збере в 50 разів більше даних, ніж його попередник. Це стане можливим в основному завдяки збільшенню в 40 разів світності колайдера.

В роботі над експериментом беруть близько тисячі науковців з 26 країн світу[5], в тому числі з України[6].

Наукова мета

[ред. | ред. код]

Напрямки наукової роботи включають[7]:

  • вивчення порушення CP-інваріантності в розпадах B-мезонів, вимірювання кутів та сторін трикутника унітарності;
  • вимірювання параметрів СКМ-матриці;
  • дослідження інклюзивних розпадів ;
  • вивчення напівлептонних розпадів типу , таких як та ;
  • вивчення напівлептонних розпадів з участю нейтрино;
  • пошук порушень лептонної універсальності;
  • дослідження чармонію та ботомонію, пошук досі не відкритих станів;
  • фізика тау-лептонів;
  • пошук кандидатів темної матерії за ознакою "нестачі енергії" в продуктах розпаду.

Модернізація детектора

[ред. | ред. код]

Значна частина оригінального детектора Belle була модернізована, щоб справлятися з вищою світністю, яку забезпечує прискорювач SuperKEKB.[2] Центральна трекінгова система детектора (VXD) пристосована до більшого опромінення. Дві нові системи ідентифікації частинок були встановлені в передній частині (ідентифікація з допомогою аерогелевого детектора черенковського випромінювання) та в центральній частині (ідентифікація з допомогою кварцових брусків, в яких відбувається повне внутрішнє відбиття фотонів черенковського випромінювання). Проведена заміна електроніки та сцинтиляторів в інших частинах детектора.

Метою експерименту є набір 50 аб-1 даних на Belle II порівняно з 988 фб-1 у Belle.

Спорудження Центральної дрейфової камери (CDC) експерименту Belle II.

Часова шкала

[ред. | ред. код]

Збір даних Belle II розділений на три фази:

  • Етап I – лютий-червень 2016 року: введення в експлуатацію прискорювача SuperKEKB та характеризація пучка.
  • Етап II – 2018-2019 роки, детектор працював без внутрішньої трекінгової системи VXD для характеристизації фонового випромінювання у місці її майбутнього розташування. Це було необхідно для оцінки радіаційного опромінення, яке матиме цей чутливий детектор.
  • Фаза III - починаючи з 2019 року: збір даних за допомогою повного детектора Belle II. Станом на 2019 рік було встановлено лише половину внутрішнього трекінгового детектора.

25 березня 2019 року зареєстровано перші зіткнення в повністю встановленому детекторі Belle II, що знаменувало початок його повноцінної роботи[4].

Відмінності від експерименту LHCb

[ред. | ред. код]

Експерименти Belle II та LHCb (детектор на ВАК) мають схожу мету та працюють, доповнюючи один одне[8]. Головною відмінністю між ними є те, що Belle II працює за принципом "B-фабрики" на електрон-позитронному колайдері, в той час як LHCb працює на адронному колайдері при значно вищих енергіях. У разі, якщо один з двох експериментів відкриє відхилення від Стандартної моделі, другий повинен буде підтвердити ці результати.

  • LHCb (працює на енергії 13 ТеВ) має більший перетин утворення b-кварків за Belle II (енергія 10 ГеВ), що означає швидший набір даних.
  • У зіткненнях LHCb утворюється велика кількість інших частинок, що створює значний фон та ускладнює роботу експерименту. В Belle II при роботі на Y(4S) резонансі утворюється лише пара B мезонів без жодних інших частинок.
  • Belle II обладнаний краще для роботи з нейтральними частинками (γ, π0, K0). Завдяки своїй герметичності він також здатен визначати "нестачу енергії" в продуктах розпаду, що є типовою ознакою утворення нейтрино (яке не реєструється у детекторі).
  • LHCb здатен продукувати не лише B-мезони, а і B-баріони (Λ0b, Ξ-/0b, Ω-b) та інші важкі частинки.
  • Експерименти використовують різні принципи визначення аромату утвореного B мезона (англ. flavour tagging). Belle II має вищу ефективність через квантову кореляцію двох утворених мезонів в розпаді Y(4S).

Див. також

[ред. | ред. код]

Список літератури

[ред. | ред. код]
  1. SuperKEKB Phase 3 (Belle II Physics Run) Starts. News (en-us) . Архів оригіналу за 23 березня 2021. Процитовано 24 січня 2021.
  2. а б SuperKEKB. www-superkekb.kek.jp. Архів оригіналу за 31 березня 2019. Процитовано 28 квітня 2017.
  3. Belle II rolls in. CERN Courier (брит.). 19 травня 2017. Процитовано 24 січня 2021.
  4. а б First physics for Belle II. CERN Courier (брит.). 10 квітня 2020. Архів оригіналу за 22 січня 2021. Процитовано 24 січня 2021.
  5. The Collaboration | Belle II Experiment (амер.). Архів оригіналу за 15 квітня 2021. Процитовано 24 січня 2021.
  6. Belle II Collaboration Map - Belle II - DESY Confluence. confluence.desy.de. Архів оригіналу за 25 лютого 2021. Процитовано 24 січня 2021.
  7. Kou, E; Urquijo, P; Altmannshofer, W; Beaujean, F; Bell, G; Beneke, M; Bigi, I I; Bishara, F; Blanke, M (1 грудня 2019). The Belle II Physics Book. Progress of Theoretical and Experimental Physics (англ.). Т. 2019, № 12. с. 123C01. doi:10.1093/ptep/ptz106. ISSN 2050-3911. Архів оригіналу за 5 жовтня 2021. Процитовано 24 січня 2021.
  8. INSPIRE. inspirehep.net. Процитовано 24 січня 2021.

Зовнішні посилання

[ред. | ред. код]