Fysikprofessorn Alan Schwartz vid University of Cincinnati pekar på en panel av optisk kvarts i hans optiklabb. Han och hans elever använde dessa kvartspaneler för att bygga en ny detektor för Japans SuperKEKB-partikelkolliderare. Kredit:Andrew Higley/UC Creative
University of Cincinnati fysiker firade ett nytt världsrekord som en del av ett forskarlag som arbetar med en japansk partikelkolliderare.
SuperKEKB kollideraren observerade en rekordhastighet av partikelkollisioner, kallas ljusstyrka, sedan lanseringen 2018. Och detta är bara början. Kollideren förväntas toppa det rekordet 40 gånger under de kommande åren när forskare försöker förklara universums grundläggande principer.
UC fysiker Kay Kinoshita och Alan Schwartz driver flera ämnen inklusive mörk materia, som tros utgöra en majoritet av materien i universum men som inte har observerats, åtminstone direkt.
"Vi hoppas att vårt acceleratorexperiment kan upptäcka mörk materia om den existerar på ett sätt som inte har undersökts tidigare, " sa Kinoshita.
Fler kollisioner innebär fler möjligheter att utforska pussel av partikelfysik som kan hjälpa till att förklara grundläggande krafter i universum:som varför materia segrar över antimateria. Acceleratorn avfyrar positroner och elektroner mot varandra runt en 3 kilometer lång ring. När de kolliderar, de skapar ofta ny materia.
"Vi observerar mörk materia indirekt från astronomiska observationer. Frågan är vad det är?" sa Kinoshita. "Detta experiment letar i nya möjligheter som har öppnat sig."
University of Cincinnati fysikprofessor Alan Schwartz och UC postdoktor Boqun Wang monterar en kvartsdetektor i ett renrum i Japans högenergiacceleratorforskningsorganisation. Kredit:UC
Partikelfysiker är särskilt entusiastiska över SuperKEKB på grund av dess potential att observera mer ovanliga fenomen.
Schwartz och hans elever designade och byggde en av partikeldetektorerna vid kollideraren. De använde precisionsgjorda stänger av optisk kvarts som de satte ihop på plats för att identifiera nya partiklar som skapades av kollisionerna.
"Denna milstolpe representerar ett betydande framsteg inom acceleratordesign, ", sade Schwartz. "Acceleratorn använder den så kallade "nano-beams"-metoden, där balkarna kläms i vertikal riktning för att bli mycket tunna."
Schwartz sa att detta avsevärt ökar sannolikheten för att elektroner kolliderar med positroner som färdas mot varandra med nästan ljusets hastighet.
Schwartz sa att SuperKEKB kommer att platta ut de dubbla strålarna ännu mer till bara 60 nanometer, eller mindre än 1 % av ett människohårs diameter. Likaså, kollideraren kommer att generera fler elektroner och positroner för att generera fler kollisioner och mer data.
University of Cincinnati fysikprofessor Kay Kinoshita utforskar mörk materia i sin forskning vid Japans högenergiacceleratorforskningsorganisation. Kredit:Joseph Fuqua II/UC Creative
Den globala pandemin har avbrutit internationella resor för UC-fysikerna. Men SuperKEKB har fortsatt att köra, och Belle II-experimentet för att samla data, tack vare att medlemmar runt om i världen turas om dygnet runt för att övervaka dess drift på distans. Kinoshita avslutade sin utbildning för att övervaka ett av dessa fjärrskiften.
"Det är ganska intensivt. Dessa experiment är otroligt komplexa. Så många saker kan gå fel, " Hon sa.
Men Kinoshita har förberett sig för detta experiment under hela sin 38-åriga akademiska karriär. Hon har arbetat med experimentell partikelfysik sedan 1982.
"Det är roligt eftersom det är utmanande. Du vet att du jobbar med saker som ingen någonsin har jobbat med tidigare, " Hon sa.
