2019年3月11日，SuperKEKB項目的第3階段運作開(kāi)始成功，標志著(zhù)日本領(lǐng)先的粒子對撞機發(fā)展的一個(gè)重要里程碑。這個(gè)階段將是項目的物理運行，其中Belle II實(shí)驗將開(kāi)始使用完全儀器化的探測器獲取數據。
KEKB加速器于1999年至2010年運行，目前擁有電子正電子對撞機的世界紀錄光度。其繼任者SuperKEKB計劃在其使用壽命期間達到40倍的亮度。
Belle II和SuperKEKB有望成為世界上第一家超級B工廠(chǎng)。Belle II的目標是積累比其前身Belle多50倍的數據，并尋找隱藏在亞原子粒子中的新物理，這些粒子可以揭示早期宇宙的奧秘。
進(jìn)展
完成2010年數據的Belle實(shí)驗以及其在美國B(niǎo)aBar的競爭對手，證明了B介子的弱相互作用中的電荷 - 奇偶性違規(CPV)。這一發(fā)現得到了諾貝爾基金會(huì )的明確認可，并導致2008年諾貝爾物理學(xué)獎授予了Makoto Kobayashi和Toshihide Maskawa教授，他們在弱相互作用中發(fā)展了CPV理論。
Belle II / SuperKEKB工廠(chǎng)于2010年底開(kāi)始大規模升級.OverKEKB將通過(guò)將光束縮小到“納米光束”尺寸，在碰撞點(diǎn)小于20倍，實(shí)現其目標，即KEKB的40倍亮度。在KEKB實(shí)現光束尺寸，同時(shí)使光束電流加倍。這些變化將導致更大量的數據以及更大的光束背景。Belle II旨在處理這些情況。
2016年2月，SuperKEKB加速器的第1階段調試成功完成。低輻射安培級光束在兩個(gè)環(huán)中循環(huán)，但不可能發(fā)生碰撞。然后安裝超導最終聚焦磁鐵和Belle II外探測器。第二階段是Belle II的試運行，于2018年3月開(kāi)始，第一次碰撞記錄在4月26日凌晨。第二階段的初步結果顯示在2018年的國際會(huì )議上。
對于階段3，完成了完整衰減VerteX Detector(VXD)的安裝。通過(guò)這一改變，Belle II現已配備齊全并準備好接收物理數據。
百麗II的目標
升級的Belle II實(shí)驗的目的是尋找新的物理現象，這些現象是粒子物理學(xué)標準模型無(wú)法解釋的，同時(shí)對已知現象進(jìn)行精確測量。電子 - 正電子碰撞在干凈的環(huán)境中產(chǎn)生大量的B介子對，沒(méi)有其他伴隨的粒子?？梢匝芯窟@些衰變以找出與公認理論的偏差。如果發(fā)現統計上顯著(zhù)的差異，這將是自1970年代標準模型開(kāi)發(fā)以來(lái)新物理學(xué)的首批發(fā)現之一。
為了證實(shí)這樣的發(fā)現，必須觀(guān)察到比過(guò)去的電子 - 正電子設備中產(chǎn)生的B對多很多倍。為了實(shí)現這一目標，Belle II計劃成為世界上第一個(gè)超級B工廠(chǎng)，創(chuàng )造了原來(lái)Belle實(shí)驗事件數量的50倍，該實(shí)驗本身就產(chǎn)生了7.6億個(gè)此類(lèi)事件。
背景資料
宇宙中所有可見(jiàn)物質(zhì)都是由原子組成的，原子由原子核和周?chē)碾娮咏M成。核子是質(zhì)子和中子的集合體，統稱(chēng)為核子，它們本身由稱(chēng)為夸克的較小粒子組成。目前對基本粒子物理學(xué)的理解是，夸克與電子和中微子等輕子一起是不可分割的“基本粒子” - 也就是說(shuō)，可能的最小單位是無(wú)法進(jìn)一步分解的。
除了夸克和輕子之外，還存在稱(chēng)為“力載體”的粒子，其介導基本粒子之間的相互作用，其產(chǎn)生電磁力以及強弱力。2012年在歐洲核子研究中心發(fā)現并被2016年諾貝爾物理學(xué)獎?wù)J可的希格斯粒子與賦予基本粒子質(zhì)量的機制有關(guān)。重力也被認為是由尚未被直接檢測的力載體攜帶的。
夸克不能單獨存在，總是以成對或三個(gè)一組的形式出現。由三個(gè)夸克組成的粒子，例如質(zhì)子和中子，被稱(chēng)為重子，夸克對被稱(chēng)為介子。
這些基本粒子和力的行為在粒子物理學(xué)標準模型(SM)中描述。然而，眾所周知，SM是不完整的; 超出理論范圍的現象仍然存在，例如物質(zhì)優(yōu)于反物質(zhì)以及暗物質(zhì)和暗能量的存在和性質(zhì)。為了全面了解宇宙的本質(zhì)和物理定律，有必要研究物理超越標準模型(BSM)。
近年來(lái)，全世界對B物理學(xué)中的一些新物理提示感到非常興奮。Belle II將積累足夠的數據，以確認或排除未來(lái)十年的這些可能性。
Belle II術(shù)語(yǔ)解釋
SUPERKEKB加速器
SuperKEKB是日本最大的電子 - 正電子對撞機，在KEK Tsukuba校區地下11米處建造。每個(gè)環(huán)的周長(cháng)約為3千米。光束碰撞的總能量約為105億電子伏特(GeV，或千兆電子伏特)。光束是不對稱(chēng)的，以便產(chǎn)生在它們產(chǎn)生之后飛出的衰變顆粒，因此可以被跟蹤。每個(gè)光束的設計電流也大約翻倍，正電子束為1.8安培(A)至3.6 A，電子束為1.4 A至2.6 A.
百麗二號探測器
Belle II探測器是圍繞SuperKEKB加速器碰撞點(diǎn)的超大探測器。Belle II的長(cháng)度，寬度和高度分別約為8米，重達1,400噸。該探測器的目的是測量由介子衰變產(chǎn)生的粒子的軌跡，并識別這些粒子的類(lèi)型并重建它們的能量和動(dòng)量。它類(lèi)似于數碼相機，可測量有關(guān)粒子衰變的所有相關(guān)信息。
BELLE II合作
Belle II是一項國際合作，來(lái)自全球26個(gè)國家和地區的約900名研究人員，包括日本，亞洲，大洋洲，歐洲，美國，俄羅斯和中東。研究人員就子檢測器和實(shí)驗操作的設計，組裝，測試和調試進(jìn)行了合作。物理數據分析將由位于世界各地的國家實(shí)驗室和大學(xué)計算機系統的分布式計算網(wǎng)絡(luò )執行，以KEK的計算研究中心為中心。
亮度
亮度是光束中有多少粒子可以相互碰撞的指標。通過(guò)粒子交互的“橫截面”乘以亮度，得出每單位時(shí)間創(chuàng )建的交互總數。KEKB加速器的電子 - 正電子發(fā)光度為2.1×1034 cm-2 s-1，而SuperKEKB的目標是達到80×1034 cm-2s-1。
頂點(diǎn)檢測器(VXD)
Belle II的VerteX探測器(VXD)系統是重建B介子衰變頂點(diǎn)的基礎。它由硅PiXel探測器(PXD)的兩個(gè)內層組成，實(shí)現了僅75微米厚的傳感器，接著(zhù)是四層硅頂點(diǎn)探測器(SVD)，它由雙面硅條傳感器組成，并通過(guò)創(chuàng )新的“折紙”技術(shù)，允許將讀出電子元件放置在傳感器頂部的有效音量中。這種先進(jìn)的跟蹤設備的組裝花了十年時(shí)間，在全球八個(gè)不同的裝配站點(diǎn)，超過(guò)150人的努力遍布全球。
光束背景探測器(BEAST)
BEAST是指靠近SuperKEKB交互點(diǎn)的探測器組，它在光束調試期間就地測量光束背景。每個(gè)探測器專(zhuān)門(mén)用于測量單個(gè)背景成分，例如SuperKEKB光束注入產(chǎn)生的背景，快速或熱中子，或Belle II上的輻射劑量。其余的BEAST探測器及其測量結果用于了解和改善光束條件，減少第3階段的背景，并確保Belle II探測器在Belle II的整個(gè)計劃壽命期內的保護和使用壽命。