Belle II experiment

  Den öppnade Belle II-detektorn före installation av de inre spårningsdetektorerna.

      Belle och   II-experimentet är ett partikelfysikexperiment utformat för att studera egenskaperna hos B-mesoner (tunga partiklar som innehåller en skönhetskvarg) andra partiklar. Belle II är efterföljaren till Belle-experimentet och togs i drift vid SuperKEKB- acceleratorkomplexet vid KEK i Tsukuba , Ibaraki-prefekturen , Japan . Belle II-detektorn "rullades in" (flyttades in i kollisionspunkten för SuperKEKB) i april 2017. Belle II började ta data i början av 2018. Under driftperioden förväntas Belle II samla in cirka 50 gånger mer data än sin föregångare mestadels på grund av en 40-faldig ökning av en momentan ljusstyrka som tillhandahålls av SuperKEKB jämfört med den tidigare KEKB -acceleratorn.

Fysik program

Många intressanta analyser av Belle- och BaBar -experimenten begränsades av statistiska osäkerheter, vilket var den främsta motivationen att bygga en ny generation av B-fabriker - Belle II.

       Måldatauppsättningen är 50 ab ⁻¹ vid Belle II jämfört med 988 fb ⁻¹ (med 711 fb ⁻¹ vid Υ(4S) energin ) vid Belle. Datauppsättningen av bra körningar från Belle II före lång avstängning 1 var 424 fb ⁻¹ (med 363 fb ⁻¹ vid Υ(4S)-energin .)

Denna enorma datamängd skulle möjliggöra studier av sällsynta fysikprocesser, som var utom räckhåll för de tidigare e ⁺ e ^- experimenten och förbättra precisionen på de redan uppmätta fysikobservablerna.

Fysikprogrammet för Belle II inkluderar studier av följande partiklar eller processer:

• B-meson
• Charm meson
• Bottomium
• Charmonium
• Tau-lepton
• Mörk sektor
• Processer med låg mångfald

Majoriteten av Belle II-datauppsättningen kommer att spelas in vid Upsilon(4S) masscentrumenergi, medan en liten del av den kommer att tas vid Upsilon(5S) och som energiskanningar.

Detektorsammansättning

Belle II är en högenergipartikelfysikdetektor för allmänt ändamål med nästan full täckning av solid vinkel. Den har en cylindrisk form för att täcka e ⁺ e ⁻ kollisioner som sker på detektorns centrala axel. Detektorn är asymmetrisk i strålriktningen, eftersom den initiala energin hos elektronstrålen är större än positronstrålen. Mycket av den ursprungliga Belle-detektorn har uppgraderats för att klara av den högre momentana ljusstyrkan som SuperKEKB- acceleratorn ger.

Huvudkomponenterna är följande, från det innersta till det yttersta systemet.:

• Berylliumbalkrör med en radie på minst 10 mm från balken
• PiXel Detector (PXD) är sammansatt av två cylindriska lager av utarmade fälteffekttransistorpixlar (DEPFET) som ger en exakt positionsmätning av de laddade partikelbanorna. Det första lagret är endast 14 mm bort från balken. Hittills har endast två stegar av det andra PXD-skiktet installerats.
• Silicon Vertex Detector (SVD) - 8 lager av kiselremssensorer arrangerade i cylindrisk cylinder och ett lutande ändlock mot elektronriktning för bättre täckning. SVD- och PXD-detektorerna kallas ibland VerteX Detector (VXD). Den totala VXD-storleken har justerats för att täcka det mesta av det typiska $K_{S}^{0}$ reseavståndet.
• Central Drift Chamber (CDC) är ett centralt spårningssystem för trådkammaren , som tillhandahåller mätning av momentum och laddning av de laddade partiklarna som produceras av kollisionerna samt partikeltypsidentifiering (PID) via deras energiavsättningar.
• Cherenkov -detektor (aRICH) ger PID-information om den laddade partikeln som går framåt.
• Time Of Propagation (TOP) räknare som består av kvartsstänger som använder helt internt reflekterade Cherenkov- fotoner och mäter fortplantningstiden, som används för PID.
• Elektromagnetisk kalorimeter (ECL) en högsegmenterad grupp av talliumdopade cesiumjodid CsI ( Tl ) kristaller sammansatta i en projektiv geometri för att mäta energier hos partiklarna i det neutrala sluttillståndet såsom fotoner, $K_{L}^{0 }$ och neutroner, samt PID.
• Supraledande solenoid, som ger ett magnetfält på 1,5 tesla, som böjer banorna för de slutladdade partiklarna för att mäta deras laddning och rörelsemängd.
• $\displaystyle K_{L}^{0}}$$K_{L}^{0}$ och myondetektor (KLM) används för att identifiera energidepositioner såväl som för myon PID.

Byggarbete på Central Drift Chamber (CDC) i Belle II-experimentet

Tidslinje

Belle II-experimentets datatagning är uppdelad i tre faser:

• Fas I — avslutad feb–juni 2016: SuperKEKB idrifttagning för att karakterisera strålmiljön;
• Fas II — startade tidigt 2018 och kördes utan det nominella inre kiselbaserade VXD-spårningssystemet för att mäta den strålinducerade bakgrundsstrålningen i det innersta spårningssystemet. Under denna fas har VXD-subdetektorn ersatts av Beam Exorcism för ett stabilt Experiment II- eller BEAST II-system som användes för att testa olika spårningsteknologier och en total integrerad ljusstyrka på 500 pb − 1 {\ ${-1}}$ har blivit samlade in;
• Fas III — startade 2019: datatagning med den kompletta Belle II-detektorn;

Den 22 november 2018 färdigställdes Belle II-detektorn med installationen av VerteX-detektorn (VXD). Den 25 mars 2019 upptäcktes de första kollisionerna av det faktiska fysikprogrammet.

Den 15 juni 2020 nådde SuperKEKB en momentan ljusstyrka på 2,22 × 10 ³⁴ cm ⁻² s ⁻¹ - vilket överträffade LHC :s rekord på 2,14 × 10 ³⁴ cm ⁻² s ⁻¹ med proton-protonkollisioner 2018. några dagar senare pressade SuperKEKB ljusstyrkerekordet till 2,4 × 10 ³⁴ cm ⁻² s ⁻¹ . I juni 2022 fördubblades ljusstyrkerekordet nästan till 4,7 × 10 ³⁴ cm ⁻² s ⁻¹ .

Vetenskaplig personal

Belle II-experimentet styrs av Belle II Collaboration, som är ett internationellt världsomspännande forskarsamhälle.

Belle II Collaboration har designat, producerat, monterat och driver för närvarande Belle II-experimentet. Samarbetet hanterar kollisionsdata som registrerats vid experimentet, utför dataanalysen och levererar resultaten i form av vetenskapliga tidskriftsartiklar, konferenssamtal etc.

Den 30 maj 2019 inkluderade den 970 medlemmar från 112 institut och 26 länder runt om i världen.

Experimentera programvara

I oktober 2021 publicerade mjukvaruutvecklingsteamet inom Belle II Collaboration Belle II Analysis Software Framework eller basf2 som öppen källkod på GitHub .

Detta är huvudpaketet som används för att simulera, rekonstruera och analysera de inspelade kollisionshändelserna vid Belle II-experimentet och det finns flera andra separata satellitpaket, som används för DAQ , beräkning av de systematiska osäkerheterna, etc.

Baksidan av rekonstruktions- och analysbiblioteken är skrivna i C++ , medan analysstyrningen och fasaden är implementerade i Python - språket.

För att koordinera mjukvaruutvecklingen använder Belle II Collaboration industriella samarbetsverktyg som Atlassian Jira , Confluence och git -baserad BitBucket- tjänst.

Se även

• B-fabrik
• 
  B
  –
  B
  svängning
• LHCb-experiment

externa länkar

•   Belle II offentliga webbsida
•   Belle II samarbete webbsida
• Tyska Belle II webbsida
• Ett sökande efter ny fysik - Belle II-experimentet
• Inuti Japans stora fysik - Belle II
• Rekord för SuperKEKB-Belle II -experiment på INSPIRE-HEP
• Rekord för SuperKEKB -projektet på INSPIRE-HEP