Эксперимент BaBar , или просто BaBar , — это международное сотрудничество более 500 физиков и инженеров, изучающих субатомный мир при энергиях, примерно в десять раз превышающих массу покоя протона (~10 ГэВ ). Его разработка была мотивирована расследованием нарушения зарядовой четности . BaBar расположен в Национальной ускорительной лаборатории SLAC , которой управляет Стэнфордский университет Министерства энергетики Калифорнии .
BaBar был создан для того, чтобы понять несоответствие между содержанием материи и антиматерии во Вселенной путем измерения нарушения четности заряда . CP-симметрия представляет собой комбинацию C -симметрии зарядового сопряжения (C-симметрии) и четности (P-симметрии), каждая из которых сохраняется отдельно, за исключением слабых взаимодействий . BaBar занимается изучением CP-нарушений в системе B-мезонов . Название эксперимента происходит от номенклатуры B-мезона (символ
Б
) и ее античастица (символ
Б
, произносится как B-бар ). Талисманом эксперимента соответственно был выбран слон Бабар :).
Если сохраняется CP-симметрия, скорости распада B-мезонов и их античастиц должны быть равны. Анализ вторичных частиц, образующихся в детекторе BaBar, показал, что это не так – летом 2002 года были опубликованы окончательные результаты, основанные на анализе 87 миллионов частиц.
Б
/
Б
события мезонных пар, ясно показывающие, что скорости распада не были равными. Соответствующие результаты были получены в ходе эксперимента Belle в лаборатории KEK в Японии.
CP-нарушение уже было предсказано Стандартной моделью физики элементарных частиц и прочно установлено в системе нейтральных каонов (К/Кмезонные пары). Эксперимент BaBar повысил точность экспериментальных измерений этого эффекта. В настоящее время результаты согласуются со Стандартной моделью , но дальнейшее исследование большего разнообразия режимов распада может выявить расхождения в будущем.
Детектор BaBar представляет собой многослойный детектор частиц . Его большой охват телесного угла (почти герметичный ), расположение вершин с точностью порядка 10 мкм (обеспечивается кремниевым вершинным детектором), хорошее разделение пионов и каонов при импульсах в несколько ГэВ (обеспечивается новым черенковским детектором) и несколько Электромагнитная калориметрия -процентной точности (сцинтилляционные кристаллы CsI(Tl)) позволяет провести ряд других научных поисков, помимо CP-нарушения в системе B-мезонов. [1] Возможны исследования редких распадов и поиски экзотических частиц и прецизионные измерения явлений, связанных с мезонами, содержащими донные и очарованные кварки , а также явлений, связанных с тау-лептонами .
Детектор BaBar прекратил работу 7 апреля 2008 года, но анализ данных продолжается.
Детектор BaBar имеет цилиндрическую форму с областью взаимодействия в центре. В области взаимодействия электроны с энергией 9 ГэВ сталкиваются с антиэлектронами с энергией 3,1 ГэВ (иногда называемыми позитронами ), образуя энергию столкновения центра масс 10,58 ГэВ, что соответствует
ϒ
(4S) резонанс.
ϒ
(4S) распадается сразу на пару B-мезонов – в половине случаев
Б+
Б−
и половину времени
Б0
Б0
. Для обнаружения частиц существует ряд подсистем, цилиндрически расположенных вокруг области взаимодействия. Эти подсистемы выглядят следующим образом (в порядке изнутри наружу):
9 октября 2005 года BaBar зафиксировал рекордную светимость чуть более 1 × 10 34 см -2 с -1 , доставленную позитронно-электронным коллайдером PEP-II . [2] Это соответствует 330% светимости, которую PEP-II был разработан для обеспечения, и был произведен вместе с мировым рекордом по запасенному току в кольце хранения электронов в 1,73 А в сочетании с рекордными 2,94 А позитронов . «Для эксперимента BaBar более высокая светимость означает возникновение большего количества столкновений в секунду, что приводит к более точным результатам и способности находить физические эффекты, которые иначе они не могли бы увидеть». [3]
В 2008 году физики BaBar обнаружили частицу с самой низкой энергией в семействе кварков боттомония, η b . Пресс-секретарь Хасан Джавахери заявил: «Эти результаты пользовались большим спросом на протяжении более 30 лет и окажут важное влияние на наше понимание сильных взаимодействий». [4]
В мае 2012 года BaBar сообщил [5] , что их недавно проанализированные данные могут указывать на отклонения от предсказаний Стандартной модели физики элементарных частиц. Эксперименты показывают, что распады двух частиц происходят чаще, чем предсказывает Стандартная модель. При этом типе распада B-мезон распадается на D или D*-мезон, тау-лептон и антинейтрино. [6] Хотя значения превышения (3,4 сигмы) недостаточно, чтобы заявить об отходе от Стандартной модели, результаты являются потенциальным признаком того, что что-то не так, и, вероятно, повлияют на существующие теории. В 2015 году результаты LHCb и эксперимента Belle подтверждают доказательства (до 3,9 сигм) возможной физики за пределами Стандартной модели в этих процессах распада, но все еще не на уровне значимости золотого стандарта 5 сигм. [7]