El experimento BaBar , o simplemente BaBar , es una colaboración internacional de más de 500 físicos e ingenieros que estudian el mundo subatómico a energías de aproximadamente diez veces la masa en reposo de un protón (~10 GeV ). Su diseño estuvo motivado por la investigación de la violación de la paridad de carga . BaBar está ubicado en el Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC , que es operado por la Universidad de Stanford para el Departamento de Energía en California .
BaBar se creó para comprender la disparidad entre el contenido de materia y antimateria del universo midiendo la violación de la paridad de carga . La simetría CP es una combinación de la simetría de conjugación de carga ( simetría C) y la simetría de paridad (simetría P ), cada una de las cuales se conserva por separado excepto en interacciones débiles . BaBar se centra en el estudio de la violación de CP en el sistema de mesones B. El nombre del experimento se deriva de la nomenclatura del mesón B (símbolo
B
) y su antipartícula (símbolo
B
, pronunciado B bar ). En consecuencia, se eligió como mascota del experimento a Babar el elefante .
Si se cumple la simetría CP, la tasa de desintegración de los mesones B y sus antipartículas debería ser igual. El análisis de partículas secundarias producidas en el detector BaBar demostró que no era así: en el verano de 2002 se publicaron los resultados definitivos basados en el análisis de 87 millones de partículas.
B
/
B
Los eventos de pares de mesones muestran claramente que las tasas de desintegración no son iguales. El experimento Belle del laboratorio KEK en Japón obtuvo resultados consistentes .
La violación de CP ya fue predicha por el Modelo Estándar de física de partículas y bien establecida en el sistema de kaones neutrales (K/Kpares de mesones). El experimento BaBar ha aumentado la precisión con la que se ha medido experimentalmente este efecto. Actualmente, los resultados son consistentes con el Modelo Estándar , pero una mayor investigación de una mayor variedad de modos de desintegración puede revelar discrepancias en el futuro.
El detector BaBar es un detector de partículas multicapa . Su gran cobertura de ángulo sólido (casi hermético ), la ubicación de vértices con precisión del orden de 10 μm (proporcionada por un detector de vértices de silicio), la buena separación pion - kaon en momentos multi- GeV (proporcionada por un novedoso detector Cherenkov ) y la calorimetría electromagnética de precisión de pocos por ciento (cristales centelleantes CsI(Tl)) permiten una lista de otras búsquedas científicas aparte de la violación CP en el sistema de mesones B. [1] Son posibles los estudios de desintegraciones raras y las búsquedas de partículas exóticas y las mediciones de precisión de fenómenos asociados con mesones que contienen quarks bottom y charm , así como fenómenos asociados con leptones tau .
El detector BaBar dejó de funcionar el 7 de abril de 2008, pero el análisis de datos continúa.
El detector BaBar es cilíndrico con la región de interacción en el centro. En la región de interacción, electrones de 9 GeV chocan con antielectrones de 3,1 GeV (a veces llamados positrones ) para producir una energía de colisión en el centro de masa de 10,58 GeV, que corresponde a la
ϒ
(4S) resonancia. La
ϒ
(4S) se desintegra inmediatamente en un par de mesones B, la mitad del tiempo
B+
B−
y la mitad del tiempo
B0
B0
Para detectar las partículas existen una serie de subsistemas dispuestos de forma cilíndrica alrededor de la región de interacción. Estos subsistemas son los siguientes, en orden de dentro a fuera:
El 9 de octubre de 2005, BaBar registró una luminosidad récord de poco más de 1 × 10 34 cm −2 s −1 proporcionada por el colisionador de positrones y electrones PEP-II . [2] Esto representa el 330% de la luminosidad que PEP-II fue diseñado para proporcionar, y se produjo junto con un récord mundial de corriente almacenada en un anillo de almacenamiento de electrones a 1,73 A , emparejado con un récord de 2,94 A de positrones . "Para el experimento BaBar, una mayor luminosidad significa generar más colisiones por segundo, lo que se traduce en resultados más precisos y la capacidad de encontrar efectos físicos que de otra manera no podrían ver". [3]
En 2008, los físicos de BaBar detectaron la partícula de menor energía de la familia de los quarks bottomonium, η b . El portavoz Hassan Jawahery dijo: "Estos resultados fueron muy buscados durante más de 30 años y tendrán un impacto importante en nuestra comprensión de las interacciones fuertes". [4]
En mayo de 2012, BaBar informó [5] que sus datos recientemente analizados pueden sugerir desviaciones de las predicciones del Modelo Estándar de física de partículas. Los experimentos observan que dos desintegraciones de partículas, y , ocurren con más frecuencia de lo que predice el Modelo Estándar. En este tipo de desintegración, un mesón B se desintegra en un mesón D o D*, un tau-leptón y un antineutrino. [6] Si bien la significancia del exceso (3,4 sigma) no es suficiente para afirmar una ruptura con el Modelo Estándar, los resultados son una señal potencial de que algo anda mal y es probable que afecten a las teorías existentes. En 2015, los resultados de LHCb y el experimento Belle fortalecen la evidencia (hasta 3,9 sigma) de una posible física más allá del Modelo Estándar en estos procesos de desintegración, pero aún no al nivel de significancia de 5 sigma del estándar de oro. [7]
