Sedan den 25 mars har 2019, Belle II -detektorinstrumentet i Japan har mätt kollisioner av partiklar som genereras i SuperKEKB -acceleratorn. Den nya duon producerar mer än 50 gånger antalet kollisioner jämfört med föregångaren. Den enorma ökningen av data innebär att det nu finns en större chans att förklara obalansen mellan materia och antimateria i universum.

I Belle II -experimentet, elektroner och deras antipartiklar, positroner, riktas mot kollision. Detta resulterar i generering av B -mesoner, par bestående av en kvark och en anti-kvark. Under tidigare experiment (Belle och BaBar), forskare kunde observera att B-mesoner och anti-B-mesoner förfaller vid olika hastigheter, ett fenomen kallas CP -överträdelse. Det ger en orientering när det gäller frågan om varför universum innehåller nästan ingen antimateria - även om efter Big Bang, båda formerna av materia måste ha funnits i lika stora mängder.

"Dock, den asymmetri som hittills observerats är för liten för att förklara avsaknaden av antimateria, "säger Hans-Günther Moser från Max Planck-institutet för fysik." Därför letar vi efter en mer kraftfull mekanism som hittills har varit okänd som skulle spränga gränserna för "standardmodellen för partikelfysik" som har använts hittills. Dock, att hitta denna nya fysik och tillhandahålla statistiska bevis för den, fysiker måste samla in och utvärdera mycket mer data än de har gjort hittills. "

Med denna uppgift i åtanke, den tidigare KEK -acceleratorn och Belle - som var i drift från 1999 till 2010 - har moderniserats fullt ut. Nyckelutvecklingen är den 40-faldiga ljusstyrkan, antalet partikelkollisioner per ytenhet.

För det här syftet, forskare och tekniker har avsevärt reducerat partikelstrålens profil; det kommer också att vara möjligt att fördubbla antalet skottpartiklar i framtiden. Sannolikheten för att partiklarna faktiskt kan träffa varandra ökar således avsevärt. På det här sättet, forskare kommer att ha 50 gånger mängden data tillgänglig för utvärdering i framtiden.

Inspelning av partikelspår med hög precision

Dock, den extra mängden data utgör stora utmaningar när det gäller kvaliteten på analysen från detektorn. Efter partikelkollisionen, B -mesonerna förfaller med bara 0,1 millimeter på en genomsnittlig flygning. Det betyder att detektorerna måste arbeta mycket snabbt och exakt. Detta säkerställs av en mycket känslig pixel vertex -detektor, varav en stor del utvecklades och byggdes vid Max Planck Institute for Physics och halvledarlaboratoriet i Max Planck Society. Detektorn har totalt 8 miljoner pixlar, och levererar 50, 000 bilder per sekund.

"Flera specialtekniker är inbyggda i pixel vertex -detektorn, "Moser förklarar." När nya partikelpaket matas in i SuperKEKB, som initialt genererar en mycket stor bakgrund, vi kan blinda detektorn i cirka 1 mikrosekund. Detta innebär att icke-relevanta signaler kan blockeras. "Också, detektorsensorerna är inte tjockare än ett människohår, med en bredd på bara 75 mikrometer. Fysikerna hoppas att på detta sätt, de kan förhindra att partiklar sprids när de passerar genom materia.

Mätningens början kommer att markera slutet på ett större byggprojekt. I nio år, forskare och ingenjörer har arbetat med ombyggnad och modernisering av detektorn. Körningen som nu har påbörjats fortsätter till 1 juli 2019. SuperKEKB och Belle II startar om i oktober 2019 efter en kort paus för underhåll.