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 por violación de la paridad de cargos . BaBar está ubicado en el Laboratorio Nacional del Acelerador SLAC , operado por la Universidad de Stanford para el Departamento de Energía de 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 simetría de conjugación de carga ( simetría C) y 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 barra ). En consecuencia, se eligió como mascota del experimento Babar el elefante :).
Si se mantiene la simetría CP, la tasa de desintegración de los mesones B y sus antipartículas debería ser igual. El análisis de las 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
B
/
B
eventos de pares de mesones, que muestran claramente que las tasas de desintegración no eran iguales. El experimento Belle en el laboratorio KEK en Japón encontró resultados consistentes .
La violación del CP ya fue predicha por el modelo estándar de física de partículas y está bien establecida en el sistema kaon neutro (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 hermética ), ubicación de vértice con precisión del orden de 10 μm (proporcionada por un detector de vértice de silicio), buena separación pion - kaon en momentos multi- GeV (proporcionada por un novedoso detector Cherenkov ) y pocos La calorimetría electromagnética de precisión porcentual (cristales centelleantes de CsI (Tl)) permite una lista de otras búsquedas científicas además de la violación de CP en el sistema de mesones B. [1] Son posibles estudios de desintegraciones raras y búsqueda de partículas exóticas y mediciones precisas 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 los datos está en curso.
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, correspondiente a la
ϒ
(4S) resonancia. El
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 cilíndricamente alrededor de la región de interacción. Estos subsistemas son los siguientes, en orden de adentro hacia afuera:
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 para la que fue diseñado PEP-II, y se produjo junto con un récord mundial de corriente almacenada en un anillo de almacenamiento de electrones de 1,73 A , junto 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 otro modo 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 afirmó: "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 analizados recientemente pueden sugerir desviaciones de las predicciones del modelo estándar de física de partículas. Los experimentos ven 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 leptón tau y un antineutrino. [6] Si bien la importancia del exceso (3,4 sigma) no es suficiente para reclamar una ruptura con el modelo estándar, los resultados son una señal potencial de que algo anda mal y es probable que afecten las teorías existentes. En 2015, los resultados del LHCb y el experimento Belle refuerzan 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 importancia estándar de oro de 5 sigma. [7]
