Søger efter manglende antistof:En vellykket start på målinger med Belle II

Siden 25. marts har 2019, Belle II-detektorinstrumentet i Japan har målt kollisioner af partikler genereret i SuperKEKB-acceleratoren. Den nye duo producerer mere end 50 gange antallet af kollisioner sammenlignet med sin forgænger. Den enorme stigning i data betyder, at der nu er større chance for at forklare ubalancen mellem stof og antistof i universet.

I Belle II-eksperimentet, elektroner og deres anti-partikler, positroner, er rettet mod kollision. Dette resulterer i generering af B mesoner, par bestående af en kvark og en anti-kvark. Under tidligere eksperimenter (Belle og BaBar), videnskabsmænd var i stand til at observere, at B-mesoner og anti-B-mesoner henfalder med forskellige hastigheder, et fænomen er kendt som CP-overtrædelse. Det giver en orientering, når det kommer til spørgsmålet om, hvorfor universet næsten ikke indeholder antistof – selvom det efter Big Bang, begge stofformer må have været til stede i lige store mængder.

"Imidlertid, asymmetrien observeret til dato er for lille til at forklare manglen på antistof, " siger Hans-Günther Moser fra Max Planck Instituttet for Fysik. "Det er derfor, vi leder efter en mere kraftfuld mekanisme, som hidtil har været ukendt, og som ville sprænge grænserne for den 'standardmodel for partikelfysik', der er blevet brugt til dato. Imidlertid, at finde denne nye fysik og give statistisk bevis for det, fysikere skal indsamle og evaluere langt flere data, end de har gjort til dato."

Med denne opgave i tankerne, den tidligere KEK-accelerator og Belle - som var i drift fra 1999 til 2010 - er blevet fuldt moderniseret. Den vigtigste nye udvikling er den 40-dobbelte stigning i lysstyrke, antallet af partikelkollisioner pr. arealenhed.

Til dette formål, videnskabsmænd og teknikere har reduceret profilen af ​​partikelstrålen betydeligt; det vil også være muligt at fordoble antallet af skudpartikelklaser i fremtiden. Sandsynligheden for, at partiklerne rent faktisk rammer hinanden, øges således betydeligt. På denne måde forskere vil have 50 gange så mange data til rådighed til evaluering i fremtiden.

Højpræcisionsoptagelse af partikelspor

Imidlertid, den ekstra mængde data giver store udfordringer, når det kommer til kvaliteten af ​​analysen fra detektoren. Efter partikelkollisionen, B-mesonerne henfalder med kun 0,1 millimeter på en gennemsnitlig flyvning. Det betyder, at detektorerne skal arbejde meget hurtigt og præcist. Dette sikres af en meget følsom pixel vertex-detektor, hvoraf en stor del blev udviklet og bygget på Max Planck Institute for Physics og halvlederlaboratoriet i Max Planck Society. Detektoren har i alt 8 millioner pixels, og leverer 50,- 000 billeder i sekundet.

"Der er indbygget flere specielle teknologier i pixel vertexdetektoren, " forklarer Moser. "Når nye partikelpakker føres ind i SuperKEKB, som i starten genererer en meget stor baggrund, vi kan blænde detektoren i omkring 1 mikrosekund. Det betyder, at ikke-relevante signaler kan blokeres." detektorsensorerne er ikke tykkere end et menneskehår, med bredder på kun 75 mikrometer. Fysikerne håber, at på denne måde, de kan forhindre partikler i at blive spredt, mens de passerer gennem stof.

Starten af ​​måleoperationen vil markere afslutningen på et større byggeprojekt. I ni år, videnskabsmænd og ingeniører har arbejdet på konvertering og modernisering af detektoren. Kørslen, der nu er begyndt, vil fortsætte indtil 1. juli 2019. SuperKEKB og Belle II genstartes i oktober 2019 efter en kort pause for vedligeholdelse.