Эксперимент Belle II пройдет с участием ученых Академгородка

Эксперимент Belle II — это один из экспериментов в физике высоких энергий, работающий на передовых рубежах современной науки. Данные, полученные в результате эксперимента, позволят проверить предсказания Стандартной модели для вероятностей редких распадах B- и D-мезонов и t-лептона, улучшить точность измерения параметров нарушения симметрии между веществом и антивеществом и, возможно, обнаружить проявления новой физики.

Эксперимент проводится в Японии, в исследовательской организации высоких энергий КЕК, на коллайдере SuperКЕКВ. В нем задействованы сотрудники лабораторий изучения физики В- и D-мезонов, изучения свойств b- и c-кварков в е+е-аннигиляции и физики тяжелых кварков в адронных взаимодействиях Междисциплинарного центра физики элементарных частиц и астрофизики Физического факультета НГУ, а также исследователи лабораторий Института ядерной физики им. Г. К. Будрека СО РАН.

Группа ученых занимается модернизацией калориметра детектора Belle II — системы для регистрации и измерения энергии и направления фотонов, электронов и идентификации заряженных частиц. Калориметр включает около девяти тысяч счетчиков на основе сцинтилляционных кристаллов CsI(Tl). Российские физики разработали электронику калориметра и теперь занимаются поддержкой этой электроники и калибровкой счетчиков.

Физики лабораторий НГУ разрабатывают и поддерживают систему сбора данных калориметра — программного обеспечения для считывания зарегистрированных данных с высокой скоростью. Кроме того, физики лабораторий НГУ разработали модуль, позволяющий оперативно измерять светимость коллайдера, выделяя события упругого электрон-позитронного рассеяния и измеряя их частоту. Данные этого модуля используются как для настройки коллайдера, так и для определения количества полезных событий, записанных в эксперименте.

— Взаимодействие элементарных частиц описывается современной теорией, так называемой Стандартной моделью. Результаты многих экспериментов прекрасно согласуются с этой теорией. Однако на очень малых расстояниях возможны проявления новых, неизвестных взаимодействий. Эксперимент Belle II — это прецизионный эксперимент, направленный на поиск проявлений новой физики. В экспериментах, проводимых в ЦЕРНе на Большом адронном коллайдере, увеличивается энергия взаимодействующих частиц, что позволяет сблизить эти частицы и обнаружить проявление новых взаимодействий. В нашем эксперименте мы работаем на меньших энергиях, но проводим измерения с очень высокой точностью, что позволяет обнаружить проявления взаимодействий, происходящих глубоко внутри взаимодействующих частиц, — объяснил заведующий ЛИФМ ФФ Александр Кузьмин.

С апреля по июнь 2019 года в КЕК проводился очередной сеанс набора статистики на установке Belle II. Это был первый набор данных со всеми работающими подсистемами детектора. Ученые проверили работоспособность всех подсистем и системы сбора данных Belle II и записали экспериментальные данные, обработка которых ведется в настоящее время. По словам Александра Кузьмина, в течение сеанса на коллайдере SuperКЕКВ была получена светимость 10³⁴см-2с-1, сравнимая со светимостью предыдущей установки КЕКВ. Это значительное достижение, но в будущем светимость предстоит увеличить в 80 раз.

— Для обнаружения редких распадов требуется исследовать большое количество распадов B- и D-мезонов и t-лептона. Частота рождения этих частиц определяется светимостью установки — величиной, характеризующей частоту взаимодействия электронов и позитронов в коллайдере. Светимость зависит от интенсивности электрон-позитронных пучков и их размеров. Создание коллайдера, обеспечивающего эффективное взаимодействие плотных, интенсивных пучков, — это сложная задача ускорительной физики. SuperКЕКВ — это установка, которая будет иметь самую высокую светимость в мире, — утверждает Александр Кузьмин.

В настоящее время новосибирские ученые обеспечивают работоспособность и дальнейшее улучшение калориметра и системы измерения светимости Веlle II. В течение прошедшего сеанса набора данных проводились калибровки, а также проверка и настройка системы сбора данных калориметра. Эксперимент Belle II только начинает работу. Детектор будет набирать и записывать данные в течение следующих 5 лет и производить уникальные данные по физике элементарных частиц.