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 fue motivado por la investigación de la violación de la paridad de cargos . BaBar está ubicado en el SLAC National Accelerator Laboratory , operado por la Universidad de Stanford para el Departamento de Energía de California .
Física
BaBar se creó para comprender la disparidad entre el contenido de materia y antimateria del universo midiendo la violación de la paridad de carga . CP simetría es una combinación de C harge-conjugación simetría (C simetría) y P aridad simetría (P simetría), cada uno de los cuales se conservan por separado, excepto en las 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
, pronunciada barra B ). En consecuencia, la mascota del experimento fue elegida para ser Babar the Elephant .
Si se mantiene la simetría CP, la tasa de desintegración de los mesones B y sus antipartículas deberían ser iguales. El análisis de las partículas secundarias producidas en el detector BaBar mostró que este no era el caso: en el verano de 2002, se publicaron 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 de CP ya fue predicha por el Modelo Estándar de física de partículas , y bien establecida en el sistema de kaones neutros (
K
/
K
pares 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 descomposición puede revelar discrepancias en el futuro.
El detector BaBar es un detector de partículas multicapa . Su gran cobertura de ángulo sólido (casi hermético ), ubicación de vértice con precisión del orden de 10 μm (proporcionada por un detector de vértice de silicio), buena separación pión - kaón en momentos de múltiples GeV (proporcionada por un nuevo detector Cherenkov ), y pocos La calorimetría electromagnética de precisión porcentual (cristales centelleantes CsI (Tl)) permite una lista de otras búsquedas científicas además de la violación de CP en el sistema de mesones B. [1] Es posible realizar estudios de desintegraciones raras y búsquedas de partículas exóticas y mediciones de precisión de fenómenos asociados con mesones que contienen quarks bottom y encantadores , así como fenómenos asociados con leptones tau .
El detector BaBar dejó de funcionar el 7 de abril de 2008, pero el análisis de datos está en curso.
Descripción del detector
El detector BaBar es cilíndrico con la región de interacción en el centro. En la región de interacción, los 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 laϒ(4S) resonancia. La
ϒ
(4S) decae inmediatamente en un par de mesones B, la mitad del tiempo
B+
B-
y la mitad del tiempo
B0
B0
. Para detectar las partículas hay una serie de subsistemas dispuestos cilíndricamente alrededor de la región de interacción. Estos subsistemas son los siguientes, en orden de adentro hacia afuera:
- Rastreador de vértices de silicio (SVT)
- Hecho de 5 capas de tiras de silicio de doble cara, el SVT registra pistas de partículas cargadas muy cerca de la región de interacción dentro de BaBar.
- Cámara de deriva (DCH)
- Menos costosas que el silicio, las 40 capas de cables en esta cámara de gas detectan pistas de partículas cargadas en un radio mucho más grande, proporcionando una medida de sus momentos. Además, el DCH también mide la pérdida de energía de las partículas a medida que atraviesan la materia. Consulte la fórmula de Bethe-Bloch .
- Detector de luz Cherenkov reflejada internamente (DIRC)
- El DIRC está compuesto por 144 barras de sílice fundida que irradian y enfocan la radiación de Cherenkov para diferenciar entre kaones y piones .
- Calorímetro electromagnético (EMC)
- Hecho de cristales de 6580 CsI , el EMC identifica electrones y antielectrones, lo que permite la reconstrucción de las pistas de partículas de fotones (y por lo tanto de piones neutros (
π0
)) y de "long Kaons" (
K
L), que también son eléctricamente neutrales.
- Imán
- El imán produce un campo de 1,5 T dentro del detector, que dobla las pistas de las partículas cargadas permitiendo la deducción de su impulso.
- Retorno de flujo instrumentado (IFR)
- El IFR está diseñado para devolver el flujo del imán de 1,5 T , por lo que es principalmente hierro, pero también hay instrumentación para detectar muones y kaones largos. El IFR se divide en 6 sextantes y dos extremos. Cada uno de los sextantes tiene espacios vacíos que contenían las 19 capas de Cámaras de Placas Resistivas (RPC), que fueron reemplazadas en 2004 y 2006 con Tubos Streamer Limitados (LST) intercalados con latón. El latón está ahí para agregar masa para la longitud de interacción, ya que los módulos LST son mucho menos masivos que los RPC. El sistema LST está diseñado para medir las tres coordenadas cilíndricas de una pista: qué tubo individual fue golpeado da la coordenada φ , en qué capa estaba el golpe da la coordenada ρ , y finalmente los planos z encima de los LST miden la coordenada z .
Acontecimientos notables
El 9 de octubre de 2005, BaBar registró una luminosidad récord de poco más de 1 × 10 34 cm −2 s −1 entregada por el colisionador de positrones y electrones PEP-II . [2] Esto representa el 330% de la luminosidad para la que se diseñó PEP-II, y se produjo junto con un récord mundial de corriente almacenada en un anillo de almacenamiento de electrones a 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 energía más baja en la familia de quarks bottomonium, η b . El portavoz Hassan Jawahery dijo: "Estos resultados fueron muy buscados durante más de 30 años y tendrán un impacto importante en nuestra comprensión de las fuertes interacciones". [4]
En mayo de 2012, BaBar informó [5] [6] 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 tau-leptón y un antineutrino. [7] 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 de Belle refuerzan la evidencia (a 3.9 sigma) de la posible física más allá del Modelo Estándar en estos procesos de desintegración, pero aún no en el nivel de significación estándar de oro de 5 sigma. [8]
Registro de datos
Correr | Período | Luminosidad integrada [9] ( fb −1 ) |
---|---|---|
1 | 22 de octubre de 1999 - 28 de octubre de 2000 | 22,93 |
2 | 2 de febrero de 2001 - 30 de junio de 2002 | 68,19 |
3 | 8 de diciembre de 2002 - 27 de junio de 2003 | 34,72 |
4 | 17 de septiembre de 2003 - 31 de julio de 2004 | 109,60 |
5 | 16 de abril de 2005 - 17 de agosto de 2006 | 146,61 |
6 | 25 de enero de 2007 - 4 de septiembre de 2007 | 86.06 |
7 | 13 de diciembre de 2007 - 7 de abril de 2008 | 45,60 |
Total | 22 de octubre de 1999 - 7 de abril de 2008 | 513,70 |
Ver también
- B-Fábrica
- Oscilación B-Bbar
Notas
- ^ Aubert, B .; Bazán, A .; Boucham, A .; Boutigny, D .; De Bonis, I .; Favier, J .; Gaillard, J. -M .; Jeremie, A .; Karyotakis, Y .; Le Flour, T .; Lees, JP; Lieunard, S .; Petitpas, P .; Robbe, P .; Tisserand, V .; Zachariadou, K .; Palano, A .; Chen, GP; Chen, JC; Qi, ND; Rong, G .; Wang, P .; Zhu, YS; Eigen, G .; Reinertsen, PL; Stugu, B .; Abbott, B .; Abrams, GS; Amerman, L .; et al. (2002). "El detector BABAR". Instrumentos y métodos nucleares en la investigación de la física Sección A: Aceleradores, espectrómetros, detectores y equipos asociados . 479 (1): 1–116. arXiv : hep-ex / 0105044 . Código bibliográfico : 2002NIMPA.479 .... 1A . doi : 10.1016 / S0168-9002 (01) 02012-5 . S2CID 117579419 .
- ^ Luminosidades diarias entregadas por PEP-II y registradas por BaBar (gráfico de barras) . [ enlace muerto ] Consultado el 11 de octubre de 2005.
- ^ Rendimiento dinámico de SLAC B-Factory . Consultado el 11 de octubre de 2005. Archivado el 16 de octubre de 2005 en Wayback Machine.
- ^ Los físicos descubren una nueva partícula: el 'Bottomonium' más inferior 2008-07-10, consultado 2009-08-02
- ^ Datos BABAR en tensión con el modelo estándar (comunicado de prensa de SLAC) .
- ^ Colaboración BaBar, evidencia de un exceso de B -> D (*) Desintegraciones de Tau Nu , arXiv: 1205.5442 .
- ^ Los datos de BaBar insinúan grietas en el modelo estándar (EScienceNews.com) .
- ^ 2 Los aceleradores encuentran partículas que pueden infringir las leyes de la física conocidas. Septiembre de 2015
- ^ Colaboración BaBar (2013). "Luminosidad integrada en el tiempo registrada por el detector BABAR en el colisionador electrónico PEP-II e +" . NIM Sección A . 726 : 203–213. Código bibliográfico : 2013NIMPA.726..203L . doi : 10.1016 / j.nima.2013.04.029 . S2CID 33933422 .
enlaces externos
- "Experimento BaBar confirma asimetría de tiempo" .
- Sitio web oficial de BaBar
- Página de inicio pública de BaBar
- Informe del anuncio de 2001 sobre la detección de una infracción de CP
- Video de YouTube de la sala de control de BaBar 30 de abril de 2007