Experimento de Belle II

36°9′28″N 140°4′30″E / 36.15778°N 140.07500°E / 36.15778; 140.07500

El experimento Belle  II es un experimento de física de partículas diseñado para estudiar las propiedades de los mesones B (partículas pesadas que contienen un quark bottom ) y otras partículas. Belle  II es el sucesor del experimento Belle y fue puesto en marcha en el complejo acelerador SuperKEKB ^{[ 1 ]} en KEK en Tsukuba , prefectura de Ibaraki , Japón . El detector Belle II fue "desplegado" (trasladado al punto de colisión de SuperKEKB) en abril de 2017. ^{[ 2 ] [ 3 ]} Belle II comenzó a tomar datos a principios de 2018. ^{[ 1 ]} Durante su período de funcionamiento, se espera que Belle II recopile alrededor de 50 veces más datos que su predecesor, debido principalmente a un aumento de 40 veces en la luminosidad instantánea proporcionada por SuperKEKB en comparación con el acelerador KEKB anterior . ^{[ 1 ]}   

Muchos análisis interesantes de los experimentos Belle y BaBar se vieron limitados por incertidumbres estadísticas, lo que fue la principal motivación para construir una nueva generación de la fábrica B: Belle II.

^El conjunto de datos objetivo es de 50 000 ^fb⁻¹ en Belle II ^{[ 4 ] en} comparación con 988 fb⁻¹ (con 711 fb⁻¹ en la energía Υ(4S) ) en Belle. ^{[ 5 ]} El conjunto de datos de buenas ejecuciones de Belle II antes del apagado 1 de Long fue de 424 ^fb⁻¹ ( con 363 fb⁻¹ en la energía Υ(4S) ). ^{[ 6 ]} El conjunto de datos de Belle II en la energía Υ(4S) superó ^al de Belle el 17 de mayo de 2026 ^{[ 7 ]} , y a fecha de 4 de junio, había alcanzado los 757 ^fb⁻¹ .      

Este inmenso conjunto de datos permitiría estudiar procesos físicos poco comunes, que estaban fuera del alcance de los experimentos anteriores de e ⁺ e ^−, y mejorar la precisión de las magnitudes físicas ya medidas.

El programa de física de Belle II incluye el estudio de las siguientes partículas o procesos: ^{[ 8 ]}

• mesón B
• Mesón encantador
• Bottomonio
• Armonio
• leptón tau
• sector oscuro
• Procesos de baja multiplicidad

La mayor parte del conjunto de datos de Belle II se registrará a la energía del centro de masa Upsilon(4S) , mientras que una pequeña parte se tomará a Upsilon(5S) y como barridos de energía.

Belle II es un detector de partículas de alta energía de propósito general con una cobertura de ángulo sólido casi completa . Tiene forma cilíndrica para cubrir las colisiones e⁺e⁻ ^que ocurren en el eje central del detector. El detector es asimétrico en la dirección del haz, ya que la energía inicial del haz de electrones es mayor que la del haz de positrones. Gran parte del detector Belle original se ha actualizado ^{[ 4 ] para} soportar la mayor luminosidad instantánea proporcionada por el acelerador SuperKEKB . ^{[ 1 ]}

Los componentes principales son los siguientes, desde los sistemas más internos hasta los más externos: ^{[ 4 ]}

• Tubo de haz de berilio a un radio mínimo de 10  mm del haz
• El detector PiXel (PXD) está compuesto por dos capas cilíndricas de píxeles de transistor de efecto de campo agotado (DEPFET), ^{[ 9 ]} que proporcionan una medición precisa de la posición de las trayectorias de las partículas cargadas. La primera capa está a solo 14  mm del haz. Hasta el momento, solo se han instalado dos escaleras de la segunda capa PXD. ^{[ 10 ]}
• Detector de vértice de silicio (SVD): 8 capas de sensores de tiras de silicio dispuestas en un barril cilíndrico con una tapa inclinada hacia la dirección de los electrones para una mejor cobertura. Los detectores SVD y PXD a veces se denominan detectores de vértice (VXD). El tamaño total del VXD se ha ajustado para cubrir la mayor parte del área típica.${\displaystyle K_{S}^{0}}$distancia de viaje.
• La cámara de deriva central (CDC, por sus siglas en inglés) es un sistema de seguimiento central con cámara de alambre que proporciona la medición del momento y la carga de las partículas cargadas producidas por las colisiones, así como la identificación del tipo de partícula (PID, por sus siglas en inglés) a través de sus depósitos de energía.
• El detector Cherenkov de imágenes de anillo de aerogel ^{[ 11 ]} (aRICH) proporciona información PID sobre la partícula cargada que se mueve en la dirección de avance.
• Contador de tiempo de propagación (TOP) ^{[ 12 ]} que consta de barras de cuarzo que utilizan fotones Cherenkov reflejados internamente en su totalidad y miden el tiempo de propagación, que se utiliza para PID.
• Calorímetro electromagnético (ECL) ^{[ 13 ]} una matriz altamente segmentada de cristales de yoduro de cesio dopado con talio CsI ( Tl ) ensamblados en una geometría proyectiva para medir energías de partículas neutras del estado final como fotones,${\displaystyle K_{L}^{0}}$y neutrones, así como PID.
• Solenoide superconductor, que proporciona un campo magnético de 1,5 teslas, que desvía las trayectorias de las partículas cargadas en el estado final para medir su carga y momento.
• ${\displaystyle K_{L}^{0}}$y detector de muones (KLM) ^{[ 14 ]} utilizado para identificar${\displaystyle K_{L}^{0}}$depósitos de energía, así como para PID de muones .

Trabajos de construcción en la Cámara Central de Deriva (CDC) del experimento Belle II.

La toma de datos del experimento Belle II se divide en tres fases: ^{[ 15 ]}

• Fase I — finalizada entre febrero y junio de 2016: Puesta en marcha de SuperKEKB para caracterizar el entorno del haz;
• Fase II: comenzó a principios de 2018, funcionando sin el sistema de seguimiento VXD interno nominal basado en silicio para medir la radiación de fondo inducida por el haz en el sistema de seguimiento más interno. Durante esta fase, el subdetector VXD fue reemplazado por el sistema Beam Exorcism for a Stable ExperimenT II o BEAST II, ​​que se utilizó para probar varias tecnologías de seguimiento y una luminosidad integrada total de 500 pb.${\displaystyle ^{-1}}$se ha recopilado; ^{[ 16 ]}
• Fase III — iniciada en 2019: toma de datos con el detector Belle II completo;

El 22 de noviembre de 2018, se completó el detector Belle II con la instalación del detector VerteX (VXD). ^{[ 17 ]} El 25 de marzo de 2019, se detectaron las primeras colisiones del programa de física propiamente dicho. ^{[ 18 ]}

El 15 de junio de 2020, el SuperKEKB alcanzó una luminosidad instantánea de2,22 × 10 ³⁴  cm ⁻² s ⁻¹ — superando el récord del LHC de2,14 × 10 ³⁴  cm ⁻² s ⁻¹ establecido con colisiones protón-protón en 2018. Unos días después, SuperKEKB impulsó el récord de luminosidad a2,4 × 10 ³⁴  cm ⁻² s ⁻¹ . ^{[ 19 ]} En junio de 2022, el récord de luminosidad casi se duplicó a4,7 × 10 ³⁴  cm ⁻² s ⁻¹ . ^{[ 20 ]}

El experimento Belle II está siendo gobernado por la Colaboración Belle II, ^{[ 21 ]} que es una comunidad científica internacional mundial.

La Colaboración Belle II diseñó, produjo, ensambló y actualmente opera el experimento Belle II. La colaboración gestiona los datos de colisión registrados en el experimento, realiza el análisis de datos y presenta los resultados en forma de artículos en revistas científicas, ponencias en conferencias, etc.

Al 5 de octubre de 2023, contaba con 1.174 miembros de 124 institutos y 27 países de todo el mundo. ^{[ 22 ]}

En octubre de 2021, el equipo de desarrollo de software dentro de la Colaboración Belle II publicó Belle II Analysis Software Framework o basf2, ^{[ 23 ]} como software de código abierto en GitHub . ^{[ 24 ]}

Este es el paquete principal utilizado para simular, reconstruir y analizar los eventos de colisión registrados en el experimento Belle II, y existen otros paquetes satélite independientes que se utilizan para la adquisición de datos , el cálculo de las incertidumbres sistemáticas, etc.

El backend de las bibliotecas de reconstrucción y análisis está escrito en C++ , ^{[ 25 ]} mientras que la dirección del análisis y la fachada están implementadas en lenguaje Python ^{[ 25 ]} .

• Fábrica B
• Oscilación B – B
• experimento LHCb

• Página web pública de Belle  II
• Página web de colaboración de Belle  II
• Página web alemana de Belle II
• En busca de nueva física: el experimento Belle II.
• Dentro de la gran física de Japón: Belle II
• Récord del experimento SuperKEKB-Belle II en INSPIRE-HEP.
• Récord del proyecto SuperKEKB en INSPIRE-HEP