Desde 25 de março, 2019, o instrumento detector Belle II no Japão tem medido colisões de partículas geradas no acelerador SuperKEKB. A nova dupla produz mais de 50 vezes o número de colisões em comparação com seu antecessor. O enorme aumento nos dados significa que agora há uma chance maior de explicar o desequilíbrio entre matéria e antimatéria no universo.

No experimento Belle II, elétrons e suas antipartículas, pósitrons, são direcionados à colisão. Isso resulta na geração de mésons B, casais constituídos por um quark e um anti-quark. Durante os experimentos anteriores (Belle e BaBar), os cientistas foram capazes de observar que os mesons B e os mesons anti-B decaem em velocidades diferentes, um fenômeno é conhecido como violação de CP. Ele oferece uma orientação quando se trata da questão de por que o universo quase não contém antimatéria - mesmo que após o Big Bang, ambas as formas de matéria devem estar presentes em quantidades iguais.

"Contudo, a assimetria observada até o momento é muito pequena para explicar a falta de antimatéria, "diz Hans-Günther Moser do Instituto Max Planck de Física." É por isso que estamos procurando um mecanismo mais poderoso que permaneceu desconhecido até agora que romperia os limites do 'modelo padrão de física de partículas' que tem sido usado Até a presente data. Contudo, para encontrar essa nova física e fornecer evidências estatísticas para ela, os físicos devem coletar e avaliar muito mais dados do que fizeram até agora. "

Com esta tarefa em mente, o antigo acelerador KEK e Belle - que estiveram operacionais de 1999 a 2010 - foram totalmente modernizados. O novo desenvolvimento chave é o aumento de 40 vezes na luminosidade, o número de colisões de partículas por unidade de área.

Para este propósito, cientistas e técnicos reduziram significativamente o perfil do feixe de partículas; também será possível dobrar o número de cachos de partículas disparadas no futuro. A probabilidade de que as partículas possam realmente se chocar aumenta consideravelmente. Desta maneira, os cientistas terão 50 vezes mais dados disponíveis para avaliação no futuro.

Gravação de alta precisão de trilhas de partículas

Contudo, a quantidade adicional de dados apresenta grandes desafios no que diz respeito à qualidade da análise fornecida pelo detector. Após a colisão de partículas, os mésons B decaem apenas 0,1 milímetros em um vôo médio. Isso significa que os detectores precisam funcionar de maneira muito rápida e precisa. Isso é garantido por um detector de vértice de pixel altamente sensível, uma grande parte da qual foi desenvolvida e construída no Instituto Max Planck de Física e no laboratório de semicondutores da Sociedade Max Planck. O detector tem 8 milhões de pixels no total, e entrega 50, 000 imagens por segundo.

"Várias tecnologias especiais são incorporadas ao detector de vértices de pixel, "Moser explica." Quando novos pacotes de partículas são alimentados no SuperKEKB, que inicialmente gera um fundo muito grande, podemos cegar o detector por cerca de 1 microssegundo. Isso significa que sinais não relevantes podem ser bloqueados. "Além disso, os sensores do detector não são mais grossos do que um cabelo humano, com larguras de apenas 75 micrômetros. Os físicos esperam que, desta forma, eles podem impedir que as partículas se espalhem ao passar pela matéria.

O início da operação de medição marcará o fim de um grande projeto de construção. Por nove anos, cientistas e engenheiros têm trabalhado na conversão e modernização do detector. A execução que agora começou continuará até 1º de julho de 2019. O SuperKEKB e o Belle II serão reiniciados em outubro de 2019 após uma breve pausa para manutenção.