Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

BaBar эксперимент , или просто BaBar , является международное сотрудничество более чем 500 физиков и инженеров , изучающих субатомный мир при энергиях примерно в десять раз больше массы покоя протона (~ 10  ГэВ ). Его конструкция была мотивирована расследованием нарушения зарядового паритета . BaBar находится в Национальной ускорительной лаборатории SLAC , которая находится в ведении Стэнфордского университета для Департамента энергетики в Калифорнии .

Физика [ править ]

BaBar был создан, чтобы понять несоответствие между содержанием вещества и антивещества во Вселенной путем измерения нарушения зарядового паритета . СР - симметрия представляет собой сочетание C harge-сопряжение симметрия (С симметрией) и Р валентность симметрии (Р) симметрия, каждый из которых по отдельности сохраняется за исключением слабых взаимодействий . BaBar специализируется на изучении CP-нарушения в системе B-мезонов . Название эксперимента происходит от номенклатуры B-мезона (символ
B
) и его античастица (символ
B
, произносится как B бар ). Соответственно, талисманом эксперимента был выбран слон Бабар .

Если соблюдается CP-симметрия, скорость распада B-мезонов и их античастиц должна быть одинаковой. 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. Соответствующие результаты были получены в эксперименте Belle в лаборатории KEK в Японии.

СР - нарушение уже предсказывается Стандартная модель в физике элементарных частиц , а также установлено в системе нейтральных каонной (
K
/
K
мезонных пар). Эксперимент BaBar повысил точность экспериментального измерения этого эффекта. В настоящее время результаты согласуются со Стандартной моделью , но дальнейшее исследование большего разнообразия мод распада может выявить расхождения в будущем.

Детектор BaBar - это многослойный детектор частиц . Его большой телесный угол охвата (около герметичным ), вершина местоположение с точностью порядка 10  мкм ( при условии , с помощью детектора кремния вершины), хорошо пион - каон разделения на мульти- ГэВ импульсы ( при условии , с помощью нового Черенкова детектора), и лишь немногие Электромагнитная калориметрия с точностью до процента (сцинтилляционные кристаллы CsI (Tl)) позволяет проводить ряд 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, содержащимивозможны нижние и очаровательные кварки , а также явления, связанные с тау-лептонами .

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

Описание детектора [ править ]

Принцип кремниевых вершинных детекторов: происхождение частиц, где произошло событие, создавшее их, 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 электроны с энергией 9  ГэВ сталкиваются с антиэлектронами с энергией 3,1 ГэВ (иногда называемыми позитронами ), создавая энергию столкновения в центре масс 10,58 ГэВ, что соответствуетϒ(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, расположенных цилиндрически вокруг области взаимодействия. Эти подсистемы расположены в следующем порядке изнутри наружу:

  • Кремниевый вершинный трекер (SVT)
Сделанный из 5 слоев двусторонних кремниевых полосок, SVT записывает треки заряженных частиц очень близко к области взаимодействия внутри BaBar.
  • Камера дрейфа (DCH)
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. См. Формулу Бете-Блоха .
  • Детектор внутренне отраженного черенковского света (DIRC)
DIRC состоит из 144 стержней из плавленого кварца, которые излучают и фокусируют черенковское излучение, чтобы различать каоны и пионы .
  • Электромагнитный калориметр (ЭМС)
Изготовленный из 6580 кристаллов CsI , 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
Магнит создает внутри детектора поле 1,5 Тл , которое искривляет следы заряженных частиц, позволяя определить их импульс.
  • Инструментальный возврат потока (IFR)
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 две заглушки. Каждый из секстантов имеет пустые пространства, в которых размещены 19 слоев камер с резистивными пластинами (RPC), которые в 2004 и 2006 годах были заменены ограниченными стримерными трубками (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 трека: в какую отдельную трубу попали координаты φ , в каком слое произошло попадание - ρкоординату, и, наконец, плоскости z на вершине LST измеряют координату z .

Известные события [ править ]

9 октября 2005 года BaBar зарегистрировал рекордную светимость, чуть более 1 × 10 34 см -2 с -1, создаваемую позитронно-электронным коллайдером PEP-II . [2] Это составляет 330% светимости, которую PEP-II был разработан для обеспечения, и был произведен вместе с мировым рекордом по току, накопленному в электронном накопителе на уровне 1,73  А , в сочетании с рекордными 2,94 А позитронов . «Для эксперимента BaBar более высокая светимость означает создание 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 наименьшей энергией в семействе кварков боттомония, η b . Пресс-секретарь Хасан Джавахери сказал: «Эти результаты очень востребованы на протяжении 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 предсказаний Стандартной модели физики элементарных частиц. В экспериментах видны два распада частиц, и это происходит чаще, чем предсказывает 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 разрыве со Стандартной моделью, результаты являются потенциальным признаком того, что что-то не так, и могут повлиять на существующие теории. В 2015 году результаты LHCb и эксперимента Belleусилить 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 [ править ]

ЗапуститьПериодИнтегральная 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
Общее22 октября 1999 г. - 7 апреля 2008 г.513,70

См. Также [ править ]

  • B-Фабрика
  • Колебания B-Bbar

Заметки [ править ]

  1. ^ Обер, B .; Базан, А .; Boucham, A .; Бутиньи, Д .; Де Бонис, I .; Favier, J .; Gaillard, J. -M .; Джереми, А .; Karyotakis, Y .; Le Flour, T .; Lees, JP; Lieunard, S .; Petitpas, P .; Robbe, P .; Тиссеран, В .; Zachariadou, K .; Palano, A .; Чен, врач общей практики; Chen, JC; Qi, ND; Rong, G .; Wang, P .; Чжу, Ю.С.; Eigen, G .; Reinertsen, PL; Стугу, Б .; Abbott, B .; Abrams, GS; 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 : 2002NIMPA.479 .... 1A . doi :10.1016 / S0168-9002 (01) 02012-5 . S2CID  117579419 .
  2. ^ Суточная светимость, полученная PEP-II и записанная BaBar (гистограмма) . [ мертвая ссылка ] Проверено 11 октября 2005 г.
  3. ^ Динамические характеристики от SLAC B-Factory . Проверено 11 октября 2005 г. Архивировано 16 октября 2005 г. в Wayback Machine.
  4. ^ Физики открывают новую частицу: самый нижний «боттомониум» 2008-07-10, доступ 2009-08-02
  5. ^ Данные BABAR в напряжении со стандартной моделью (пресс-релиз SLAC) .
  6. ^ BaBar Collaboration, Доказательства 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 e + e- коллайдере PEP-II» . NIM Раздел A . 726 : 203–213. Bibcode : 2013NIMPA.726..203L . DOI : 10.1016 / j.nima.2013.04.029 . S2CID 33933422 . 

Внешние ссылки [ править ]

  • «Эксперимент BaBar подтверждает асимметрию времени» .
  • Официальный веб-сайт BaBar
  • Общедоступная домашняя страница BaBar
  • Отчет об обнаружении нарушения ЧП за 2001 год.
  • Видео YouTube из диспетчерской BaBar 30 апреля 2007 г.