Desde el 25 de marzo 2019, el instrumento detector Belle II en Japón ha estado midiendo colisiones de partículas generadas en el acelerador SuperKEKB. El nuevo dúo produce más de 50 veces el número de colisiones en comparación con su predecesor. El enorme aumento de datos significa que ahora hay una mayor posibilidad de explicar el desequilibrio entre la materia y la antimateria en el universo.

En el experimento Belle II, electrones y sus anti-partículas, positrones, están dirigidos a la colisión. Esto da como resultado la generación de mesones B, parejas formadas por un quark y un anti-quark. Durante experimentos anteriores (Belle y BaBar), Los científicos pudieron observar que los mesones B y los mesones anti-B se desintegran a diferentes velocidades, un fenómeno se conoce como violación CP. Ofrece una orientación cuando se trata de la cuestión de por qué el universo casi no contiene antimateria, aunque después del Big Bang, ambas formas de materia deben haber estado presentes en cantidades iguales.

"Sin embargo, la asimetría observada hasta la fecha es demasiado pequeña para explicar la falta de antimateria, ", dice Hans-Günther Moser del Instituto Max Planck de Física." Es por eso que estamos buscando un mecanismo más poderoso que ha permanecido desconocido hasta la fecha que rompería los límites del 'modelo estándar de física de partículas' que se ha utilizado hasta la fecha. Sin embargo, para encontrar esta nueva física y proporcionar evidencia estadística para ello, los físicos deben recopilar y evaluar muchos más datos de los que han hecho hasta la fecha ".

Con esta tarea en mente, el antiguo acelerador KEK y Belle, que estuvieron en funcionamiento desde 1999 hasta 2010, se han modernizado por completo. El nuevo desarrollo clave es el aumento de la luminosidad de 40 veces, el número de colisiones de partículas por unidad de área.

Para este propósito, los científicos y técnicos han reducido significativamente el perfil del haz de partículas; también será posible duplicar el número de racimos de partículas lanzadas en el futuro. Por tanto, aumenta considerablemente la probabilidad de que las partículas puedan chocar entre sí. De este modo, los científicos tendrán 50 veces la cantidad de datos disponibles para evaluación en el futuro.

Grabación de alta precisión de pistas de partículas

Sin embargo, la cantidad adicional de datos presenta importantes desafíos en lo que respecta a la calidad del análisis proporcionado por el detector. Después de la colisión de partículas, los mesones B se desintegran solo 0,1 milímetros en un vuelo promedio. Esto significa que los detectores deben funcionar de forma muy rápida y precisa. Esto está garantizado por un detector de vértices de píxeles de alta sensibilidad, gran parte del cual fue desarrollado y construido en el Instituto Max Planck de Física y el laboratorio de semiconductores de la Sociedad Max Planck. El detector tiene 8 millones de píxeles en total, y entrega 50, 000 imágenes por segundo.

"Varias tecnologías especiales están integradas en el detector de vértices de píxeles, "Explica Moser." Cuando se introducen nuevos paquetes de partículas en el SuperKEKB, que inicialmente genera un fondo muy grande, podemos cegar el detector durante aproximadamente 1 microsegundo. Esto significa que las señales no relevantes pueden bloquearse ". Además, los sensores del detector no son más gruesos que un cabello humano, con anchos de tan solo 75 micrómetros. Los físicos esperan que de esta manera, pueden evitar que las partículas se dispersen al atravesar la materia.

El inicio de la operación de medición marcará el final de un gran proyecto de construcción. Durante nueve años científicos e ingenieros han estado trabajando en la conversión y modernización del detector. La carrera que ha comenzado continuará hasta el 1 de julio de 2019. SuperKEKB y Belle II se reiniciarán en octubre de 2019 después de una breve pausa por mantenimiento.