BaBar эксперимент - BaBar experiment

В BaBar эксперимент, или просто БаБар, представляет собой международное сотрудничество более 500 физиков и инженеров, изучающих субатомный мир при энергиях, примерно в десять раз превышающих массу покоя протона (~ 10ГэВ ). Его дизайн был мотивирован исследованиями нарушение зарядового паритета. BaBar находится в Национальная ускорительная лаборатория SLAC, которым управляет Стэндфордский Университет для Департамент энергетики в Калифорния.

Физика

BaBar был создан, чтобы понять несоответствие между иметь значение и антивещество содержание Вселенной путем измерения Нарушение паритета начислений. CP-симметрия это комбинация Cспряжение гарге симметрия (симметрия C) и парность симметрии (P-симметрии), каждая из которых сохраняется отдельно, за исключением слабые взаимодействия. BaBar фокусируется на изучении нарушения CP в B-мезон система. Название эксперимента происходит от номенклатуры B-мезона (символ
B
) и это античастица (символ
B
, произносится B бар). Эксперимент талисман был соответственно выбран Слон Бабар.

Если выполняется CP-симметрия, то скорость распада B-мезонов и их античастицы должно быть равно. Анализ вторичных частиц, производимых детектором BaBar, показал, что это не так - летом 2002 г. были опубликованы окончательные результаты, основанные на анализе 87 миллионов.
B
/
B
 События с парами мезонов, ясно показывающие, что скорости распада не равны. Последовательные результаты были получены Belle эксперимент на Лаборатория КЭК в Японии.

Нарушение CP уже было предсказано Стандартная модель из физика элементарных частиц, и хорошо зарекомендовал себя в нейтральная система каонов (
K
 /
K
 мезонных пар). Эксперимент BaBar повысил точность экспериментального измерения этого эффекта. В настоящее время результаты соответствуют Стандартная модель, но дальнейшее исследование большего разнообразия мод распада может выявить расхождения в будущем.

Детектор BaBar - многослойный детектор частиц. Его большой телесный угол покрытие (около герметичный ), расположение вершин с точностью порядка 10мкм (обеспечивается кремниевым вершинным детектором), хорошо пион –Каон разделение на много-ГэВ импульсы (из романа Черенков детектор), а электромагнитная калориметрия с точностью до нескольких процентов (сцинтилляционные кристаллы CsI (Tl)) позволяют вести список других научных поисков, помимо CP-нарушения в системе B-мезонов.[1] Изучение редких распадов и поиск экзотических частиц и прецизионные измерения явлений, связанных с мезонами, содержащими Нижний и очаровательные кварки, а также явления, связанные с тау лептоны возможны.

Детектор BaBar прекратил работу 7 апреля 2008 г., но анализ данных продолжается.

Описание детектора

Внизу изображения две прямые линии исходят из одной точки (источника события), разделенных углом примерно 30 градусов. Две линии пересекают две сетки квадратов (детекторные сетки), помещенные друг на друга, разделенные некоторым расстоянием. Квадраты сетки, пересекаемые линиями, подсвечиваются разным цветом, что соответствует обнаружению пересекающих их частиц.
Принцип кремниевых вершинных детекторов: происхождение частиц, где произошло событие, которое их породило, можно определить путем экстраполяции назад от заряженных областей (красный), оставшихся на датчиках.

Детектор BaBar имеет цилиндрическую форму с областью взаимодействия в центре. В области взаимодействия 9ГэВ электроны сталкиваются с антиэлектронами 3,1 ГэВ (иногда называемыми позитроны ) произвести центр массы энергия столкновения 10,58 ГэВ, соответствующая
ϒ
(4S) резонанс. В
ϒ
(4S) сразу распадается на пару B-мезонов - в половине случаев
B+

B−
 и в половине случаев
B0

B0
. Для обнаружения частиц существует ряд подсистем, цилиндрически расположенных вокруг области взаимодействия. Эти подсистемы расположены в следующем порядке изнутри наружу:

Сделанный из 5 слоев двусторонних кремниевых полосок, SVT записывает треки заряженных частиц очень близко к области взаимодействия внутри BaBar.
Более дешевый, чем кремний, 40 слоев проводов в этой газовой камере обнаруживают следы заряженных частиц до гораздо большего радиуса, обеспечивая измерение их импульсов. Кроме того, DCH также измеряет потерю энергии частицами при их прохождении через вещество. Видеть Формула Бете-Блоха.
DIRC состоит из 144 плавленый кварц полосы, которые излучают и фокусируются Черенковское излучение различать каоны и пионы.
Сделано из 6580 CsI В кристаллах EMC идентифицирует электроны и антиэлектроны, что позволяет реконструировать треки частиц фотонов (и, следовательно, нейтральных пионов (
π0
)) и "длинных каонов" (
K
L), которые также электрически нейтральны.
Магнит производит 1,5 Т поле внутри детектора, которое искривляет следы заряженных частиц, позволяя определить их импульс.
  • Инструментальный возврат потока (IFR)
IFR предназначен для возврата потока 1,5Т магнит, поэтому в основном это железо, но есть также приборы для обнаружения мюоны и длинные каоны. IFR разбит на 6 секстантов и две заглушки. В каждом секстанте есть пустые места, в которых находятся 19 слоев Камеры с резистивной пластиной (RPC), которые были заменены в 2004 и 2006 годах на Ограниченные стримерные трубки (LST) с чередованием из латуни. Латунь предназначена для добавления массы для длины взаимодействия, поскольку модули LST намного менее массивны, чем RPC. Система LST предназначена для измерения всех трех цилиндрических координат трека: какая отдельная труба была поражена, дает φ координата, в каком слое было попадание, дает ρ координировать, и, наконец, z-самолеты над LST измеряют z координировать.

Известные события

9 октября 2005 года BaBar установил рекорд яркость чуть более 1 × 1034 см−2s−1 доставлено PEP-II позитрон-электронный коллайдер.[2] Это составляет 330% яркости, которую PEP-II был разработан для обеспечения, и был произведен вместе с мировым рекордом для сохраненного тока в электрон кольцо для хранения в 1,73А, в паре с рекордными 2,94 А позитроны. «Для эксперимента BaBar более высокая светимость означает генерацию большего количества столкновений в секунду, что приводит к более точным результатам и способности находить физические эффекты, которые они иначе не могли бы увидеть».[3]

В 2008 году физики BaBar обнаружили частицу с самой низкой энергией в семействе кварков боттомония, ηб. Пресс-секретарь Хасан Джавахери сказал: «Эти результаты были востребованы более 30 лет и окажут важное влияние на наше понимание сильных взаимодействий».[4]

В мае 2012 года BaBar сообщил[5][6] что их недавно проанализированные данные могут указывать на отклонения от прогнозов Стандартная модель физики элементарных частиц. Эксперименты видят два распада частиц, и , происходят чаще, чем прогнозирует Стандартная модель. В этом типе распада B-мезон распадается на D- или D * -мезон, тау-лептон и антинейтрино.[7]Хотя значимости превышения (3,4 сигма) недостаточно, чтобы заявить о выходе из Стандартной модели, результаты являются потенциальным признаком того, что что-то не так, и могут повлиять на существующие теории. В 2015 году по результатам LHCb и Belle эксперимент усилить доказательства (до 3,9 сигма) возможной физики за пределами Стандартной модели в этих процессах распада, но все же не на уровне значимости золотого стандарта 5 сигм.[8]

Запись данных

ПробегПериодИнтегрированная светимость[9]
(fb−1)
122 октября 1999 г. - 28 октября 2000 г.22.93
22 февраля 2001 г. - 30 июня 2002 г.68.19
38 декабря 2002 г. - 27 июня 2003 г.34.72
417 сентября 2003 г. - 31 июля 2004 г.109.60
516 апреля 2005 г. - 17 августа 2006 г.146.61
625 января 2007 г. - 4 сентября 2007 г.86.06
713 декабря 2007 г. - 7 апреля 2008 г.45.60
Общий22 октября 1999 г. - 7 апреля 2008 г.513.70

Смотрите также

Примечания

  1. ^ Обер, Б .; Базан, А .; Boucham, A .; Бутиньи, Д .; Де Бонис, I .; Favier, J .; Gaillard, J. -M .; Джереми, А .; Karyotakis, Y .; Le Flour, T .; Lees, J. P .; Lieunard, S .; Petitpas, P .; Robbe, P .; Тиссеран, В .; Zachariadou, K .; Palano, A .; Chen, G.P .; Chen, J.C .; Qi, N.D .; Rong, G .; Wang, P .; Zhu, Y. S .; Eigen, G .; Reinertsen, P.L .; Стугу, Б .; Abbott, B .; Abrams, G.S .; Amerman, L .; и другие. (2002). «Детектор БАБАР». Ядерные инструменты и методы в физических исследованиях Секция A: ускорители, спектрометры, детекторы и связанное с ними оборудование. 479 (1): 1–116. arXiv:hep-ex / 0105044. Bibcode:2002НИМПА.479 .... 1А. Дои:10.1016 / S0168-9002 (01) 02012-5. S2CID  117579419.
  2. ^ Суточная светимость, полученная PEP-II и записанная BaBar (гистограмма).[мертвая ссылка ] По состоянию на 11 октября 2005 г.
  3. ^ Динамические характеристики от SLAC B-Factory. По состоянию на 11 октября 2005 г. В архиве 16 октября 2005 г. Wayback Machine
  4. ^ Физики открывают новую частицу: самый нижний боттомониум 2008-07-10, доступ 2009-08-02
  5. ^ Данные BABAR в противоречии со стандартной моделью (пресс-релиз SLAC).
  6. ^ Сотрудничество с BaBar, Свидетельства избытка B -> D (*) Tau Nu распадается, arXiv: 1205.5442.
  7. ^ Данные BaBar намекают на трещины в Стандартной модели (EScienceNews.com).
  8. ^ 2 Ускорители находят частицы, которые могут нарушить известные законы физики. Сентябрь 2015
  9. ^ Сотрудничество BaBar (2013). «Интегрированная во времени светимость, зарегистрированная детектором BABAR на коллайдере PEP-II e + e-». NIM Раздел A. 726: 203–213. Дои:10.1016 / j.nima.2013.04.029. S2CID  33933422.

внешняя ссылка