Belle II giver de første resultater:På jagt efter Z ′ bosonen

Belle II -eksperimentet har indsamlet data fra fysiske målinger i cirka et år. Efter flere års genopbygningsarbejde, både SuperKEKB-elektron-positronacceleratoren og Belle II-detektoren er blevet forbedret sammenlignet med deres forgængere for at opnå en 40 gange højere datahastighed.

Forskere ved 12 institutter i Tyskland er involveret i konstruktion og drift af detektoren, udvikle evalueringsalgoritmer og analysere dataene. Max Planck Institute for Physics yder et væsentligt bidrag til udviklingen af ​​den meget følsomme inderste detektor, Pixel Vertex Detector.

Ved hjælp af Belle II, forskere leder efter spor af ny fysik, der kan forklare den ulige forekomst af stof og antimateriale og det mystiske mørke stof. En af de hidtil uopdagede partikler, som Belle II-detektoren leder efter, er Z ′ boson-en variant af Z boson, som fungerer som en udvekslingspartikel for den svage interaktion.

Så vidt vi ved, omkring 25% af universet består af mørkt stof, der henviser til, at synligt stof tegner sig for knap 5% af energibudget. Begge former for stof tiltrækker hinanden gennem tyngdekraften. Mørkt stof danner således en slags skabelon til distribution af synligt stof. Dette kan ses, for eksempel, i arrangementet af galakser i universet.

Forbindelse mellem mørkt og normalt stof

Z ′ bosonen kan spille en interessant rolle i samspillet mellem mørkt og synligt stof, (dvs. det kunne være en slags formidler mellem de to former for stof). Z ′ bosonen kan-i det mindste teoretisk-skyldes kollision af elektroner (stof) og positroner (anti-stof) i SuperKEKB og derefter henfalde til usynlige partikler i mørkt stof.

Z ′ bosonen kan således hjælpe forskere med at forstå mørkt stofs adfærd. Hvad mere er, opdagelsen af ​​Z ′ bosonen kunne også forklare andre observationer, der ikke er i overensstemmelse med standardmodellen, den grundlæggende teori om partikelfysik.

Vigtigt fingerpeg:Påvisning af muonpar

Men hvordan kan Z ′ bosonen detekteres i Belle II -detektoren? Ikke direkte - så meget er sikkert. Teoretiske modeller og simuleringer forudsiger, at Z ′ bosonen kunne afsløre sig selv gennem interaktioner med muoner, de tungere slægtninge til elektroner. Hvis forskere opdager et usædvanligt højt antal muonpar med modsat ladning efter elektron/positron -kollisionerne samt uventede afvigelser i energi og momentumbevaring, dette ville være en vigtig indikation af Z ′ bosonen.

Imidlertid, de nye Belle II -data har endnu ikke givet nogen indikation af Z ′ bosonen. Men med de nye data, forskerne kan begrænse massen og koblingsstyrkerne i Z ′ bosonet med tidligere uopnåelig nøjagtighed.

Flere data, mere præcise analyser

"På trods af den stadig lille mængde data, vi kan nu foretage målinger, der aldrig er foretaget før, "siger talsmanden for de tyske grupper, Dr. Thomas Kuhr fra Ludwig Maximilian University i München. "Dette understreger Belle II -eksperimentets vigtige rolle i undersøgelsen af ​​elementarpartikler."

Disse indledende resultater stammer fra analysen af ​​en lille mængde data indsamlet under opstartsfasen af ​​SuperKEKB i 2018. Belle II gik i fuld drift den 25. marts, 2019. Siden da har eksperimentet har indsamlet data, mens der kontinuerligt forbedres kollisionshastigheden for elektroner og positroner.

Hvis forsøget er perfekt afstemt, det vil give betydeligt flere data end i de nyligt offentliggjorte analyser. Fysikerne håber således at få ny indsigt i mørket stofs natur og andre ubesvarede spørgsmål.