Experimento Bella II

Experimento japonés de física de partículas.

36°9′28″N 140°4′30″E / 36.15778°N 140.07500°E / 36.15778; 140.07500

El detector Belle  II se abrió antes de la instalación de los detectores de seguimiento internos.

El experimento Belle  II es un experimento de física de partículas diseñado para estudiar las propiedades de los mesones B (partículas pesadas que contienen un quark belleza ) y otras partículas. Belle  II es el sucesor del experimento Belle y se puso en servicio en el complejo acelerador SuperKEKB ^{[1] en} KEK en Tsukuba , prefectura de Ibaraki , Japón . El detector Belle II se "enrolló" (se trasladó al punto de colisión de SuperKEKB) en abril de 2017. ^{[2] [3]} Belle II comenzó a tomar datos a principios de 2018. ^[1] Durante su período de funcionamiento, se espera que Belle II recopila alrededor de 50 veces más datos que su predecesor, principalmente debido a un aumento de 40 veces en la luminosidad instantánea proporcionada por SuperKEKB en comparación con el acelerador KEKB anterior . ^[1]   

programa de fisica

Muchos análisis interesantes de los experimentos de Belle y BaBar estuvieron limitados por incertidumbres estadísticas, lo que fue la principal motivación para construir una nueva generación de fábrica B: Belle II.

El conjunto de datos objetivo es 50 ab ⁻¹ en Belle II ^[4] en comparación con 988 fb ⁻¹ (con 711 fb ⁻¹ en la energía Υ(4S) ) en Belle. ^[5] El conjunto de datos de buenos funcionamientos de Belle II antes del cierre prolongado 1 era 424 fb ⁻¹ (con 363 fb ⁻¹ en la energía Υ(4S) .) ^[6]      

Este inmenso conjunto de datos permitiría estudios de procesos físicos raros, que estaban fuera del alcance de los experimentos e ⁺ e ⁻ anteriores y mejoraría la precisión de los observables físicos ya medidos.

El programa de física de Belle II incluye los estudios de las siguientes partículas o procesos: ^[7]

• mesón B
• Encanto mesón
• Bottomonio
• armonio
• Tau-leptón
• Sector oscuro
• Procesos de baja multiplicidad

La mayor parte del conjunto de datos de Belle II se registrará en la energía del centro de masa de Upsilon (4S) , mientras que una pequeña porción se tomará en Upsilon (5S) y como escaneos de energía.

Composición del detector

Belle II es un detector de partículas de alta energía de uso general con una cobertura de ángulo sólido casi completa. Tiene forma cilíndrica para cubrir las colisiones e ⁺ e ⁻ que ocurren en el eje central del detector. El detector es asimétrico en la dirección del haz, porque la energía inicial del haz de electrones es mayor que la del haz de positrones. Gran parte del detector Belle original se ha actualizado ^[4] para hacer frente a la mayor luminosidad instantánea proporcionada por el acelerador SuperKEKB . ^[1]

Los componentes principales son los siguientes, desde los sistemas más internos hasta los más externos: ^[4]

• Tubo de viga de berilio en un radio mínimo de 10 mm desde la viga
• PiXel Detector (PXD) está compuesto por dos capas cilíndricas de píxeles de transistor de efecto de campo empobrecido (DEPFET), ^[8] que proporcionan una medición precisa de la posición de las trayectorias de las partículas cargadas. La primera capa está a sólo 14 mm de la viga. Hasta el momento sólo se han instalado dos escaleras de la segunda capa PXD. ^[9]
• Detector de vértices de silicio (SVD): 8 capas de sensores de tiras de silicio dispuestas en un cilindro cilíndrico y una tapa final inclinada hacia la dirección de los electrones para una mejor cobertura. Los detectores SVD y PXD a veces se denominan detector VerteX (VXD). El tamaño total del VXD se ha ajustado para cubrir la mayor parte de la distancia de viaje típica. ${\displaystyle K_{S}^{0}}$
• Central Drift Chamber (CDC) es un sistema de seguimiento central de cámara de alambre que proporciona la medición del impulso y la carga de las partículas cargadas producidas por las colisiones, así como la identificación del tipo de partículas (PID) a través de sus deposiciones de energía.
• El detector Cherenkov de imágenes de anillos de aerogel ^[10] (aRICH) proporciona información PID sobre la partícula cargada que avanza.
• Contador de tiempo de propagación (TOP) ^[11] que consta de barras de cuarzo que utilizan fotones Cherenkov reflejados totalmente internamente y miden el tiempo de propagación, que se utiliza para PID.
• Calorímetro electromagnético (ECL) ^[12], una matriz altamente segmentada de cristales de yoduro de cesio CsI ( Tl ) dopados con talio ensamblados en una geometría proyectiva para medir las energías de las partículas neutras en estado final, como fotones y neutrones, así como PID. ${\displaystyle K_{L}^{0}}$
• Solenoide superconductor, que proporciona un campo magnético de 1,5 teslas, que curva las trayectorias de las partículas cargadas en estado final para medir su carga y momento.
• ${\displaystyle K_{L}^{0}}$y detector de muones (KLM) ^[13] utilizado para identificar deposiciones de energía, así como para PID de muones . ${\displaystyle K_{L}^{0}}$

Línea de tiempo

La toma de datos del experimento Belle II se divide en tres fases: ^[14]

• Fase I: completada de febrero a junio de 2016: puesta en servicio de SuperKEKB para caracterizar el entorno del haz;
• Fase II: comenzó a principios de 2018 y se ejecutó sin el sistema de seguimiento VXD interno nominal basado en silicio para medir la radiación de fondo inducida por el haz en el sistema de seguimiento más interno. Durante esta fase, el subdetector VXD ha sido reemplazado por Beam Exorcism para un sistema Stable ExperimenT II o BEAST II que se utilizó para probar varias tecnologías de seguimiento y se recopiló una luminosidad integrada total de 500 pb; ^[15] ${\displaystyle ^{-1}}$
• Fase III — iniciada en 2019: toma de datos con el detector Belle II completo;

El 22 de noviembre de 2018, se completó el detector Belle II con la instalación del detector VerteX (VXD). ^[16] El 25 de marzo de 2019 se detectaron las primeras colisiones del programa de física real. ^[17]

El 15 de junio de 2020, la SuperKEKB alcanzó una luminosidad instantánea de2,22 × 10 ³⁴  cm ⁻² s ⁻¹ — superando el récord del LHC de2,14 × 10 ³⁴  cm ⁻² s ⁻¹ con colisiones protón-protón en 2018. Unos días después, SuperKEKB impulsó el récord de luminosidad a2,4 × 10 ³⁴  cm ⁻² s ⁻¹ . ^[18] En junio de 2022, el récord de luminosidad casi se duplicó a4,7 × 10 ³⁴  cm ⁻² s ⁻¹ . ^[19]

Personal científico

El experimento Belle II está gobernado por Belle II Collaboration, ^[20] que es una comunidad científica internacional a nivel mundial.

La Colaboración Belle II ha diseñado, producido, ensamblado y actualmente está operando el experimento Belle II. La colaboración maneja los datos de colisiones registrados en el experimento, realiza el análisis de datos y entrega los resultados en forma de artículos de revistas científicas, charlas en conferencias, etc.

Al 5 de octubre de 2023, incluía 1.174 miembros de 124 institutos y 27 países de todo el mundo. ^[21]

software de experimento

En octubre de 2021, el equipo de desarrollo de software de Belle II Collaboration publicó Belle II Analysis Software Framework o basf2, ^[22] como software de código abierto en GitHub . ^[23]

Este es el paquete principal utilizado para simular, reconstruir y analizar los eventos de colisión registrados en el experimento Belle II y hay varios otros paquetes satelitales separados, utilizados para DAQ , cálculo de incertidumbres sistemáticas, etc.

El backend de las bibliotecas de reconstrucción y análisis está escrito en C++ , ^[24] mientras que la dirección de análisis y la fachada se implementan en el lenguaje Python ^[24] .

Para coordinar el desarrollo de software, Belle II Collaboration utiliza herramientas de colaboración industrial como Atlassian Jira , Confluence y el servicio BitBucket basado en git .

Ver también

• B-fábrica
• 
  B
  –
  B
  oscilación
• experimento LHCb

Galería de imágenes

Referencias

1. "SuperKEKB". www-superkekb.kek.jp . Consultado el 28 de abril de 2017 .
2. "Experimento Belle II en Twitter". Gorjeo . Consultado el 7 de mayo de 2017 .
3. "Llega Belle II - CERN Courier". cerncourier.com . 19 de mayo de 2017 . Consultado el 22 de mayo de 2017 .
4. Abe, T.; et al. (octubre de 2010). "Informe de diseño técnico de Belle II". arXiv : 1011.0352 [física.ins-det].
5. Bevan, AJ; Golob, B.; Mannel, Th; Prell, S.; Yabsley, BD; Aihara, H.; Anulli, F.; Arnaud, N.; Aushev, T. (1 de noviembre de 2014). "La Física de las Fábricas B". La revista física europea C. 74 (11): 3026. arXiv : 1406.6311 . Código Bib : 2014EPJC...74.3026B. doi :10.1140/epjc/s10052-014-3026-9. ISSN  1434-6044. S2CID  9063079.
6. "Belle II Luminosidad - Belle II - DESY Confluence". confluence.desy.de . Consultado el 3 de agosto de 2022 .
7. Abe, T.; Adachi, I.; Adamczyk, K.; Ahn, S.; Aihara, H.; Akai, K.; Aloi, M.; Andricek, L.; Aoki, K.; Arai, Y.; Arefiev, A. (1 de noviembre de 2010). "Informe de diseño técnico de Belle II". arXiv : 1011.0352 [física.ins-det].
8. Casarosa, Giulia (2015). "Dispositivos de seguimiento internos en el experimento Belle II". Actas, Conferencia de la Sociedad Europea de Física de 2015 sobre Física de Altas Energías (EPS-HEP 2015): Viena, Austria, 22 al 29 de julio de 2015 . pag. 255.
9. "Encuentro Belle II Alemania". indico.belle2.org (Índico) . 14 de septiembre de 2020 . Consultado el 11 de enero de 2022 .
10. Nishida, S.; et al. (2014). "Aerogel RICH para el PID delantero Belle II". Instrumentos y métodos nucleares en la investigación en física Sección A. 766 : 28–31. Código Bib : 2014NIMPA.766...28N. doi :10.1016/j.nima.2014.06.061.
11. Inami, Kenji (2014). "Contador TOP para la identificación de partículas en el experimento Belle II". Instrumentos y métodos nucleares en la investigación en física Sección A. 766 : 5–8. Código Bib : 2014NIMPA.766....5I. doi :10.1016/j.nima.2014.07.006.
12. "Calorímetro electromagnético | Experimento Belle II". bella2.jp . Consultado el 7 de mayo de 2017 .
13. Aushev, T.; et al. (2015). "Una tapa terminal K _L basada en centelleador y un detector de muones para el experimento Belle II". Instrumentos y métodos nucleares en la investigación en física Sección A. 789 : 134-142. arXiv : 1406.3267 . Código Bib : 2015NIMPA.789..134A. doi :10.1016/j.nima.2015.03.060. S2CID  118613296.
14. N.Braun - Estudios de espectroscopia de hadrones en Belle II
15. "Bella II: Erfolgreicher Einbau des BEAST-Detektors". www.mpp.mpg.de (en alemán). 20 de noviembre de 2017 . Consultado el 11 de enero de 2022 .
16. @belle2collab (22 de noviembre de 2018). "VerteX Detector (VXD) se instaló exitosamente en #Belle2. ¡El detector Belle II ya está completo!" ( Pío ) – vía Twitter .
17. Inicio de la carrera de física Belle II Fase 3
18. "KEK recupera récord de luminosidad". Correo del CERN . 2020-06-30 . Consultado el 11 de enero de 2022 .
19. "Bella II". www.belle2.org . Consultado el 3 de agosto de 2022 .
20. "Contacto". www.belle2.org . Consultado el 3 de enero de 2022 .
21. "Diapositivas generales públicas - Belle II - DESY Confluence". confluence.desy.de . Consultado el 3 de enero de 2022 .
22. Kuhr, T.; Pulvermacher, C.; Ritter, M.; Hauth, T.; Braun, N. (diciembre de 2019). "El software central Belle II". Computación y software para la gran ciencia . 3 (1): 1. arXiv : 1809.04299 . doi :10.1007/s41781-018-0017-9. ISSN  2510-2036. S2CID  119342160.
23. The Belle II Collaboration (19 de octubre de 2021), Marco de software de análisis Belle II (basf2), doi :10.5281/zenodo.5574115 , consultado el 7 de enero de 2022
24. La colaboración Belle II (2021). "Buscar · · belle2/basf2". GitHub . doi :10.5281/zenodo.5574115 . Consultado el 7 de enero de 2022 .

enlaces externos

• Página web pública de Bella II
• Página web de colaboración Belle II
• Página web de la Bella II alemana
• Una búsqueda de nueva física: el experimento Belle II
• Dentro de la gran física japonesa - Belle II
• Récord para el experimento SuperKEKB-Belle II en INSPIRE-HEP
• Registro para el proyecto SuperKEKB en INSPIRE-HEP