stringtranslate.com

эксперимент БаБар

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 .

Физика

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.

Описание детектора

В нижней части изображения две прямые линии исходят из одной точки (начала события), разделенных углом около 30 градусов. Две линии пересекают две сетки квадратов (детекторные сетки), расположенные друг над другом и разделенные некоторым расстоянием. Квадраты сетки, пересекаемые линиями, выделяются разным цветом, соответствующим обнаружению частиц, которые их пересекли.
Принцип кремниевых вершинных детекторов: происхождение частиц, где произошло событие, которое их создало, можно найти путем экстраполяции назад заряженных областей (красных), оставшихся на датчиках.

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):

Изготовленный из 5 слоев двусторонних кремниевых полосок, SVT регистрирует треки заряженных частиц очень близко к области взаимодействия внутри BaBar.
Менее дорогой, чем кремний, 40 слоев проводов в этой газовой камере обнаруживают следы заряженных частиц на гораздо большем радиусе, обеспечивая измерение их импульса. Кроме того, DCH также измеряет потерю энергии частиц при их прохождении через вещество. См. формулу Бете-Блоха .
DIRC состоит из 144 стержней из плавленого кварца , которые излучают и фокусируют черенковское излучение , чтобы различать каоны и пионы .
Изготовленный из 6580 кристаллов CsI , ЭМС идентифицирует электроны и антиэлектроны, что позволяет реконструировать треки частиц фотонов (и, следовательно, нейтральных пионов (
π0
)) и "длинных каонов" (
К
л), которые также электрически нейтральны.
Магнит создает внутри детектора поле напряженностью 1,5 Тл , которое искривляет следы заряженных частиц, позволяя определить их импульс.
IFR предназначен для возврата потока магнита 1,5  Тл , поэтому он в основном состоит из железа, но есть также приборы для обнаружения мюонов и длинных каонов. IFR разбит на 6 секстантов и два концевика. В каждом секстанте есть пустые места, в которых расположены 19 слоев камер резистивных пластин (RPC), которые были заменены в 2004 и 2006 годах трубками ограниченного стримера (LST), чередующимися с латунью. Латунь предназначена для добавления массы к длине взаимодействия, поскольку модули LST намного менее массивны, чем RPC. Система LST предназначена для измерения всех трех цилиндрических координат пути: какая отдельная труба подверглась удару, дает координату φ , в каком слое произошло попадание, дает координату ρ , и, наконец, z -плоскости на вершине LST измеряют координату z .

Известные события

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]

Запись данных

Смотрите также

Примечания

  1. ^ Обер, Б.; Базан, А.; Бушам, А.; Бутиньи, Д.; Де Бонис, И.; Фавье, Дж.; Гайяр, Ж.-М.; Джереми, А.; Кариотакис, Ю.; Ле Флур, Т.; Лиз, JP; Льюнар, С.; Петитпас, П.; Робб, П.; Тиссеран, В.; Захариаду, К.; Палано, А.; Чен, врач общей практики; Чен, JC; Ци, Северная Дакота; Ронг, Г.; Ван, П.; Чжу, Ю.С.; Эйген, Г.; Райнертсен, Польша; Стюгу, Б.; Эбботт, Б.; Абрамс, Г.С.; Амерман, Л.; и другие. (2002). «Детектор БАБАР». Ядерные приборы и методы в физических исследованиях. Раздел А: Ускорители, спектрометры, детекторы и сопутствующее оборудование . 479 (1): 1–116. arXiv : hep-ex/0105044 . Бибкод : 2002NIMPA.479....1A. дои : 10.1016/S0168-9002(01)02012-5. S2CID  117579419.
  2. ^ Ежедневная яркость, доставленная PEP-II, и записанная BaBar (гистограмма). [ мертвая ссылка ] По состоянию на 11 октября 2005 г.
  3. ^ Динамическая производительность от SLAC B-Factory. Доступ 11 октября 2005 г. Архивировано 16 октября 2005 г. в Wayback Machine.
  4. ^ Физики открывают новую частицу: самый нижний «дно» 10 июля 2008 г., по состоянию на 2 августа 2009 г.
  5. ^ Лиз, JP; и другие. (2012). «Свидетельства избытка B → D (*) τ − ν τ распадаются». Письма о физических отзывах . 109 (10): 101802. arXiv : 1205.5442 . doi :10.1103/PhysRevLett.109.101802. PMID  23005279. S2CID  20896961.
  6. ^ Данные BaBar намекают на трещины в Стандартной модели (EScienceNews.com).
  7. ^ 2 Ускорители находят частицы, которые могут нарушить известные законы физики. Сентябрь 2015 г.
  8. ^ Сотрудничество BaBar (2013). «Интегрированная по времени светимость, зарегистрированная детектором BABAR на e+e-коллайдере PEP-II». Ядерные приборы и методы в физических исследованиях А . 726 : 203–213. Бибкод : 2013NIMPA.726..203L. дои :10.1016/j.nima.2013.04.029. hdl : 10261/125266 . S2CID  33933422.

Внешние ссылки