Fysikere fejrer Japans kolliderrekord

University of Cincinnati fysikere fejrede en ny verdensrekord som en del af et forskerhold, der arbejder på en japansk partikelkolliderer.

SuperKEKB-kollideren observerede en rekordhastighed af partikelkollisioner, kaldet lysstyrke, siden lanceringen i 2018. Og dette er kun begyndelsen. Kollideren forventes at toppe rekorden 40 gange i løbet af de kommende år, mens forskere forsøger at forklare universets grundlæggende principper.

UC fysikere Kay Kinoshita og Alan Schwartz forfølger flere emner, herunder mørkt stof, som menes at udgøre størstedelen af ​​stoffet i universet, men som ikke er blevet observeret, i hvert fald direkte.

"Vi håber, at vores acceleratoreksperiment kan detektere mørkt stof, hvis det eksisterer på en måde, der ikke er blevet undersøgt før, " sagde Kinoshita.

Flere kollisioner betyder flere muligheder for at udforske puslespil inden for partikelfysik, der kan hjælpe med at forklare fundamentale kræfter i universet:som hvorfor stof sejrer over antistof. Acceleratoren affyrer positroner og elektroner mod hinanden omkring en 3 kilometer lang ring. Når de støder sammen, de skaber ofte nyt stof.

"Vi observerer mørkt stof indirekte fra astronomiske observationer. Spørgsmålet er, hvad det er?" sagde Kinoshita. "Dette eksperiment ser i nye hjørner af muligheder, der har åbnet sig."

Partikelfysikere er især begejstrede for SuperKEKB på grund af dets potentiale til at observere mere usædvanlige fænomener.

Schwartz og hans elever designede og byggede en af ​​partikeldetektorerne ved kollideren. De brugte præcisionsfremstillede stænger af optisk kvalitet kvarts, som de samlede på stedet for at identificere nye partikler skabt af kollisionerne.

"Denne milepæl repræsenterer et betydeligt fremskridt inden for acceleratordesign, " sagde Schwartz. "Acceleratoren bruger den såkaldte 'nano-beams' tilgang, hvor bjælkerne klemmes i lodret retning for at blive meget tynde."

Schwartz sagde, at dette i høj grad øger sandsynligheden for, at elektroner kolliderer med positroner, der rejser mod hinanden med næsten lysets hastighed.

Schwartz sagde, at SuperKEKB vil udflade tvillingstrålerne endnu mere til kun 60 nanometer, eller mindre end 1 % af diameteren af ​​et menneskehår. Ligeledes, kollideren vil generere flere elektroner og positroner for at generere flere kollisioner og flere data.

Den globale pandemi har afbrudt internationale rejser for UC-fysikere. Men SuperKEKB er fortsat med at køre, og Belle II-eksperimentet for at akkumulere data, takket være medlemmer over hele verden, der skiftes til døgnet rundt for at overvåge driften på afstand. Kinoshita afsluttede uddannelsen til at overvåge et af disse fjernskift.

"Det er ret intenst. Disse eksperimenter er utroligt komplekse. Så mange ting kan gå galt, " hun sagde.

Men Kinoshita har forberedt sig til dette eksperiment hele sin 38-årige akademiske karriere. Hun har arbejdet med eksperimentel partikelfysik siden 1982.

"Det er sjovt, fordi det er udfordrende. Du ved, du arbejder på ting, som ingen nogensinde har arbejdet på før, " hun sagde.