Eksperyment BELLE

Eksperyment BELLE







Eksperyment BELLE jest budowany w laboratorium KEK, w poblizu Tsukuby, niewielkiego uniwersyteckiego miasteczka, oddalonego o 60 km od Tokio.



We wspolracy uczstniczy okolo 250 fizykow z 50 laboratoriow.



Wspolpraca jest miedzykontynentalna, bo poza najliczniejszymi Japonczykami, uczestnicza w niej m.in. grupy z Australii, Chin, Indii, Korei, Stanow Zjednoczonych, Tajwanu, Ukrainy, WNP, a takze grupa z Krakowa. Nasza mysl naukowa zadziwia swiat ;-)



Celem eksperymentu jest badanie niezachowania parzystosci CP w rozpadach kwarkow b. Niewielkie naruszenie symetrii CP w rzadkich rozpadach mezonow K (zawierajacych dziwny kwark s) jest jedyna, zaobserwowana dotychczas bezwgledna roznica miedzy materia i antymateria. Badanie tego efektu w rozpadach b, nalezacego do trzeciej generacji kwarkow, jest szczegolnie wazne, gdyz wedlug Modelu Standardowego to wlasnie istnienie trzeciej generacji moze odpowiadac za asymetrie CP. W tym celu zaprojektowano eksperyment, w ktorym bedzie sie porownywac rzadkie rozpady mezonow B zbudowanych z lekkiego kwarku (u lub d) oraz antykwarku b oraz ich antyczastek anty-B, zbudownach odpowiednio z lekkiego antykwarku i kwarku b. Poniewaz procesy naruszajace symetrie CP zachodza niezwykle rzadko, trzeba wyprodukowac bardzo duzo takich par, rzedu kilkuset milionow.



Eksperyment BELLE bedzie przeprowadzony na akceleratorze zderzajacych sie wiazek e+e- o energiach odpowiednio 3.5 i 8 GeV. Energia zostala tak dobrana, by w wyniku zderzen powstawaly mezony . Sa one zbudowane z pary kwarkow b anty-b, a jego masa jest niemal rowna masie dwoch mezonow B. Sprawia to, ze rozpada sie najchetniej na pary B - anty-B i stanowi bardzo czyste zrodlo takich par.







Najwazniejsza cecha akceleratora bedzie niespotykane dotyczczas natezenie jego wiazek, pozwalajace na wyprodukowanie 100 milionow par B - anty-B w ciagu roku.



Cel fizyczny eksperymentu naklada takze bardzo wysokie wymagania na detektor.Wynika to stad, ze chcemy nie tylko zaobserwowac naruszenie CP, ale takze zmierzyc efekt ilosciowo w wielu kanalach rozpadow mezonow B. Model Standardowy przewiduje rozna asymetrie, w zaleznosci od tego na jakie czastki rozpadly sie mezony B. Pomiary te beda stanowic zatem niezwykle krytyczny test Modelu Standardowego i moga wskazac na calkiem nowa fizyke. Aby dokladnie zrekonstruowac interesujace nas kanaly rozpadow mezonow B i anty-B potrzebujemy jak najpelniejszej informacji o przypadkach. Chcemy znac ladunki i pedy czastek, ich masy, a takze wierzcholki rozpadow. Dlatego detektor BELLE sklada sie z wielu elementow , z ktorych kazdy rejestruje inne charakterystyki czastek.







Zewnetrzne warstwy detektora BELLE



Na detektor BELLE, przedstawiony schematycznie powyzej, skladaja sie:



Krzemowy detektor wierzcholka pozwalajacy rekonstruowac wierzcholki rozpadow mezonow B (anty-B) i innych krotko zyjacych czastek



Komora dryfowa mierzaca zakrzywienie torow czastek naladowanych w polu magneytcznym. Pozwala to wyznaczyc ich ped i ladunek.



Aerozelowe liczniki Czerenkowa . Czastki przechodzac przez pianke aerozelowa, jesli maja dostatecznie duza predkosc, powoduja emisje fotonow. Jest to tzw. promieniowanie Czerenkowa. Poniewaz efekt ten zalezy od predkosci czastki, w polaczeniu z pomiarem pedu, pozwala na wyznaczenie jej masy. Do identyfikacji czastek beda sluzyly rowniez liczniki czasu przelotu .



Kalorymetr elektromagnetyczny . Mierzymy w nim energie zdeponowana przez fotony.



Komory mionowe . Sa one umieszczone najbardziej na zewnatrz i sluza do identyfikacji mionow. Miony sa leptonami, 200 razy ciezszymi od elektronow. Sposrod naladowanych czastek tylko one moga przejsc przez cala aparature i dotrzec do tych komor.



Jest to tzw. "detektor uniwersalny". Wiele wspolczesnych ekesperymentow jest wyposazonych w detektory zbudowane wedlug podobnego schematu.