Laboratorij za astrofiziko osnovnih delcev

Kolaboracija Belle2

Od 1998 do 2010 je v Japonski organizaciji za raziskave pospeševalnikov (KEK) deloval trkalnik KEKB, asimetrični trkalnik elektronov in pozitronov z obsegom 3 km, ki je dosegel do sedaj najvišjo luminoznost na svetu z vrednostjo 2.11×1034 cm–2 s–1. Energije elektronskega in pozitronskega curka so bile izbrane tako, da so pri trkih pretežno nastajali pari tako imenovanih mezonov B, kratkoživih delcev, ki vsebujejo en “b” kvark in en izmed lažjih kvarkov “u”, “d” ali “s”. Eksperiment Belle je izvajal precizne meritve lastnosti parov mezonov B in anti-B in potrdil obstoj kršitve simetrije CP, kot jo je napovedal model M. Kobayashija and T. Maskawe, za katerega sta leta 2008 prejela Nobelovo nagrado za fiziko. Kršitev simetrije CP na nivoju osnovnih delcev je ena izmed razlogov za prevlado snovi nad anti-snovjo v vesolju, vendar morajo za opaženo asimetrijo na kozmološki skali obstajati še drugi, do sedaj še nepojasnjeni mehanizmi.


S projektom nadgradnje trkalnika SuperKEKB bomo povišali luminoznost za okoli 40-krat na 8×1035 cm–2 s–1. Naslednja generacija “tovarne” mezonov B bo tako omogočala raziskave obstoja “nove” fizike, ki še ni poznana ter zajeta v opisu Standardnega modela osnovnih delcev ter interakcij med njimi, na način, ki je komplementaren eksperimentom na Velikem Hadronskem Trkalniku (LHC) v Evropskem laboratoriju za fiziko osnovnih delcev (CERN) v Ženevi. Eksperimenti na trkalniku LHC nudijo neposreden vpogled v procese na energijski skali TeV, eksperimenti na trkalniku SuperKEKB pa bodo omogočali precizne meritve redkih razpadov in kršitve simetrije CP in z opazovanjem vpliva obstoja novih delcev v procesih višjega reda na edinstven način prispevali k raiskavam na še višjih energijskih skalah kot LHC.


Že v preteklosti so meritve procesov višjih redov omogočile vpogled v dogajanja na višjih energijskih skalah, kot so bile dosegljive s tedanjimi trkalniki. Doseganje visokih luminoznosti v trkalniku je pri tem nujno, saj so ti procesi redki in se lahko v povprečju zgodijo tudi le enkrat na vsakih deset tisoč razpadov mezona B. Za večjo luminoznost je potrebno povečati tokove elektronskih in pozitronskih žarkov ter zmanjšati presek področja, kjer ti žarki trkajo. Prvotna zasnova SuperKEKB je temeljila na bistvenem povečanju tokov, po letu 2009 pa smo se odločili za idejo P. Raimondija, ki temelji na zmanjšanju preseka žarkov na mestu interakcije do velikosti nekaj nanometrov. Cilj novega trkalnika je prispevati integrirano luminoznost 50 ab–1 novemu, nadgrajenemu spektrometru Belle2 do leta 2025, kar za faktor 50 presega količino podatkov, ki jih je na trkalniku KEKB zbral spektrometer Belle.

Član kolaboracij Belle in Belle2 je S. Stanič.