O experimento Belle II vem coletando dados de medições físicas há cerca de um ano. Após vários anos de trabalho de reconstrução, o acelerador de elétron-pósitron SuperKEKB e o detector Belle II foram aprimorados em comparação com seus predecessores para atingir uma taxa de dados 40 vezes maior.

Cientistas de 12 institutos na Alemanha estão envolvidos na construção e operação do detector, desenvolver algoritmos de avaliação e analisar os dados. O Instituto Max Planck de Física fez uma contribuição substancial para o desenvolvimento do detector interno altamente sensível, o detector de vértices de pixel.

Com a ajuda de Belle II, os cientistas estão procurando vestígios de uma nova física que possa explicar a ocorrência desigual de matéria e antimatéria e a misteriosa matéria escura. Uma das partículas ainda não descobertas que o detector Belle II está procurando é o bóson Z ′ - uma variante do bóson Z, que atua como uma partícula de troca para a interação fraca.

Até onde sabemos, cerca de 25% do universo consiste em matéria escura, enquanto a matéria visível representa pouco menos de 5% do orçamento de energia. Ambas as formas de matéria se atraem pela gravidade. A matéria escura forma assim uma espécie de modelo para a distribuição da matéria visível. Isso pode ser visto, por exemplo, no arranjo de galáxias no universo.

Ligação entre matéria escura e normal

O bóson Z ′ pode desempenhar um papel interessante na interação entre a matéria escura e a visível, (ou seja, pode ser uma espécie de mediador entre as duas formas de matéria). O bóson Z ′ pode - pelo menos teoricamente - resultar da colisão de elétrons (matéria) e pósitrons (anti-matéria) no SuperKEKB e então decair em partículas invisíveis de matéria escura.

O bóson Z ′ pode, portanto, ajudar os cientistas a entender o comportamento da matéria escura. O que mais, a descoberta do bóson Z ′ também poderia explicar outras observações que não são consistentes com o modelo padrão, a teoria fundamental da física de partículas.

Dica importante:detecção de pares de múons

Mas como o bóson Z ′ pode ser detectado no detector Belle II? Não diretamente - isso é certo. Modelos teóricos e simulações preveem que o bóson Z ′ poderia se revelar por meio de interações com múons, os parentes mais pesados ​​dos elétrons. Se os cientistas descobrirem um número excepcionalmente alto de pares de múons de carga oposta após as colisões elétron / pósitron, bem como desvios inesperados na conservação de energia e momento, esta seria uma indicação importante do bóson Z ′.

Contudo, os novos dados do Belle II ainda não forneceram nenhuma indicação do bóson Z ′. Mas com os novos dados, os cientistas podem limitar a massa e as forças de acoplamento do bóson Z ′ com uma precisão anteriormente inatingível.

Mais dados, análises mais precisas

"Apesar da quantidade ainda pequena de dados, agora podemos fazer medições que nunca foram feitas antes, "diz o porta-voz dos grupos alemães, Dr. Thomas Kuhr da Universidade Ludwig Maximilian de Munique. "Isso destaca o importante papel do experimento Belle II no estudo das partículas elementares."

Esses resultados iniciais vêm da análise de uma pequena quantidade de dados coletados durante a fase de inicialização do SuperKEKB em 2018. Belle II entrou em operação plena em 25 de março, 2019. Desde então, o experimento tem coletado dados enquanto melhora continuamente a taxa de colisão de elétrons e pósitrons.

Se o experimento estiver perfeitamente ajustado, fornecerá consideravelmente mais dados do que nas análises publicadas recentemente. Os físicos, portanto, esperam obter novos insights sobre a natureza da matéria escura e outras questões sem resposta.