26 апреля 2018 года в международном центре физики высоких энергий KEK (г. Цукуба, Япония) заработал суперколлайдер SuperKEKB. Детектор Belle-II, установленный в точке взаимодействия пучков электронов и позитронов, зарегистрировал первую электрон-позитронную аннигиляцию, которая привела к рождению новых частиц, содержащих пары прелестных кварков.
Эксперимент Belle II – продолжение эксперимента KEKB/Belle, который проводился с 1999 по 2010 годы. Тогда были точно проанализированы характеристики пар B- и анти-В-мезонов и измерен эффект нарушения СР-симметрии. Вместе с результатами эксперимента BaBar в США это подтвердило справедливость Стандартной модели и теории К. Кобаяши и Т. Маскава, получивших благодаря этим данным Нобелевскую премию по физике в 2008 году.
С 2010 года коллайдер находился на реконструкции. 21 марта 2018 года на обновленной установке физики наконец успешно получили и сохранили в высокоэнергетическом кольце первый пучок электронов с энергией 7 ГэВ, а 31 марта – пучок позитронов с энергией 4 ГэВ. После этого в течение нескольких недель специалисты проводили прецизионную настройку сталкивающихся пучков в точке взаимодействия детектора Belle-II. И вот спустя 8 лет эксперимент снова начал работу.
Коллайдер (от английского collide – сталкиваться) – ускоритель, в котором сталкиваются встречные пучки элементарных частиц и исследуются порождаемые при этом новые частицы. Электрон-позитронный суперколлайдер SuperKEKB с детектором Belle-II, представляет собой, так называемую, супер-B-фабрику, в которой изучаются редкие распады элементарных частиц, содержащих тяжелые кварки (B- и D-мезоны), а также распады тау-лептонов.
В то время как Большой адронный коллайдер в ЦЕРН (Женева, Швейцария) обладает самой высокой энергией сталкивающихся протонов, суперколлайдер SuperKEKB будет иметь рекордную мощность, что сделает его мировым лидером по светимости, то есть количеству взаимодействий частиц в единицу времени. Она превысит светимость старого коллайдера KEKB в 40 раз. За счет этого детектор Belle-II позволит регистрировать и восстанавливать события с рекордной частотой. Планируется, что за 10 лет работы на нем физики получат информацию о более чем 50 миллиардах событий, содержащих пары B- и анти-B-мезонов, что в 50 раз превысит весь объем данных предшествующего проекта KEKB/Belle.
Имея в руках такой уникальный инструмент, исследователи в первую очередь станут искать Новую физику, явления, которые выходят за пределы современной теории микромира Стандартной модели. Кроме этого они займутся поиском новых частиц, причин преобладания материи над антиматерией в нашей Вселенной и ответами на другие пока еще открытые фундаментальные вопросы физики.
Усовершенствованный детектор Belle-II создан международной коллаборацией, включающей более 750 ученых из 25 стран. Значимую роль в этой работе сыграли российские физики. Так, лаборатория физики высоких энергий МФТИ и Лаборатория тяжёлых кварков и лептонов ФИАН разработали самую большую по площади подсистему установки Belle II — детектор долгоживущих каонов и мюонов.
А специалисты из Института ядерной физики им. Г.И.Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) и Новосибирского государственного университета (НГУ) внесли определяющий вклад в разработку и создание одной из ключевых систем детектора Belle II – 40-тонный электромагнитный калориметр (прибор, измеряющий энергию частиц) на основе кристаллов йодистого цезия.
Для нового эксперимента разработчики существенно улучшили электронику калориметра. Теперь она способна реконструировать высокоэнергичные фотоны для более 30 тысяч событий электрон-позитронных столкновений в секунду. Причем информация с калориметра позволяет быстро, в течение миллионных долей секунды, определить, является ли текущее событие полезным, и выдать сигнал всем системам детектора для его регистрации. Кроме того, российские, корейские и японские физики разработали систему для анализа большого объема данных в эксперименте Belle II.
Обсуждение