ババール実験

BaBar実験、または単にBaBarは、陽子の静止質量の約10倍のエネルギー（約10 GeV ）で亜原子世界を研究する500人以上の物理学者とエンジニアによる国際協力です。その設計は、電荷パリティの破れの調査を目的としていました。BaBarは、カリフォルニア州のエネルギー省のためにスタンフォード大学が運営するSLAC国立加速器研究所にあります。

物理

BaBar は、電荷パリティ対称性の破れを測定することで、宇宙の物質と反物質の含有量の不一致を理解するために設立されました。CP対称性は、電荷共役対称性 (C 対称性) とパリティ対称性 (P 対称性)の組み合わせであり、それぞれは弱い相互作用を除いて個別に保存されます。BaBar は、 B 中間子システムにおける CP 対称性の破れの研究に焦点を当てています。実験の名前は、B 中間子 (記号
B
）とその反粒子（記号
B
（発音は「Bバー」）。この実験のマスコットは象のババールに選ばれた。

CP対称性が保たれるなら、B中間子とその反粒子の崩壊率は等しくなるはずだ。しかし、BaBar検出器で生成された二次粒子の分析ではそうではないことが示され、2002年夏に8700万個の二次粒子の分析に基づく決定的な結果が発表された。
B
/
B
中間子対事象は、崩壊率が等しくないことを明らかに示しています。日本の KEK研究所のBelle実験でも一貫した結果が得られました。

CP対称性の破れは素粒子物理学の標準模型によってすでに予測されており、中性K中間子系（
け
/
け
中間子対）。BaBar実験により、この効果の実験的測定精度が向上しました。現在、結果は標準モデルと一致していますが、より多様な崩壊モードをさらに調査することで、将来的に矛盾が明らかになる可能性があります。

BaBar検出器は多層粒子検出器です。広い立体角範囲（ほぼ密閉）、10 μmのオーダーの精度での頂点位置（シリコン頂点検出器により提供）、数GeVの運動量での良好なパイ中間子とカオンの分離（新型チェレンコフ検出器により提供）、および数パーセントの精度の電磁熱量測定（CsI(Tl)シンチレーション結晶）により、B中間子系におけるCP対称性の破れ以外にもさまざまな科学的探索が可能です。^[1]稀な崩壊の研究やエキゾチック粒子の探索、ボトムクォークやチャームクォークを含む中間子に関連する現象やタウレプトンに関連する現象の精密測定が可能です。

BaBar検出器は2008年4月7日に運用を停止しましたが、データ解析は継続中です。

検出器の説明

BaBar検出器は円筒形で、中心に相互作用領域がある。相互作用領域では、9 GeVの電子が3.1 GeVの反電子（陽電子と呼ばれることもある）と衝突し、10.58 GeVの質量中心衝突エネルギーを生成する。これは、
ϒ
（4S）共鳴。
ϒ
（4S）はすぐにB中間子のペアに崩壊する – 半分の時間
B⁺

B⁻
そして半分の時間
B⁰

B⁰
粒子を検出するために、相互作用領域の周囲に円筒状に配置された一連のサブシステムがあります。これらのサブシステムは、内側から外側の順に次のようになります。

シリコンバーテックストラッカー (SVT)

SVT は 5 層の両面シリコンストリップから構成され、BaBar 内部の相互作用領域に非常に近い荷電粒子の軌跡を記録します。

ドリフトチャンバー（DCH）

シリコンよりも安価なこのガスチャンバー内の 40 層のワイヤは、はるかに大きな半径まで荷電粒子の軌跡を検出し、その運動量を測定します。さらに、DCH は粒子が物質を通過する際のエネルギー損失も測定します。Bethe -Bloch の式を参照してください。

内部反射チェレンコフ光検出器 (DIRC)

DIRC は、チェレンコフ放射を放射および集束させてK 中間子とパイ中間子を区別する144本の溶融シリカバーで構成されています。

電磁熱量計(EMC)

6580個のCsI結晶から作られたEMCは、電子と反電子を識別し、光子（そして中性パイ中間子（
π⁰
)) と「長いカオン」(
け
_ら）、これも電気的に中性です。

磁石

磁石は検出器内に 1.5 T の磁場を生成し、荷電粒子の軌跡を曲げて運動量を推定します。

計器式フラックスリターン（IFR）

IFR は 1.5 T磁石の磁束を返すように設計されているため、大部分は鉄でできていますが、ミューオンと長 K 中間子を検出するための計測機器もあります。IFR は 6 つの六分儀と 2 つのエンドキャップに分かれています。各六分儀には空きスペースがあり、19 層の抵抗プレートチャンバー (RPC) が収められていましたが、2004 年と 2006 年に、真鍮が挟み込まれた限定ストリーマーチューブ (LST) に置き換えられました。LST モジュールは RPC よりも質量がはるかに小さいため、真鍮は相互作用長の質量を追加するためにあります。LST システムは、トラックの 3 つの円筒座標すべてを測定するように設計されています。つまり、どのチューブに当たったかによってφ座標が、どの層に当たったかによってρ座標が、最後にLST の上にあるz平面によってz座標が測定されます。

注目すべき出来事

2005 年 10 月 9 日、BaBar はPEP-II陽電子衝突型加速器によって生成された1 × 10 ³⁴ cm ⁻² s ⁻¹を超える記録的な光度を記録しました。^{[2]これは PEP-II が生成するように設計された光度の 330% に相当し、}電子蓄積リングの蓄積電流の世界記録である 1.73 Aと、陽電子の記録である 2.94 A が同時に生成されました。「BaBar 実験では、光度が高いということは 1 秒あたりの衝突回数が増えることを意味し、より正確な結果が得られ、他の方法では見ることができなかった物理的効果を見つけることができるようになります。」^[3]

2008年、ババール物理学者はボトモニウムクォーク族の中で最もエネルギーの低い粒子ηb_を検出した。広報担当のハッサン・ジャワヘリ氏は「この結果は30年以上にわたり強く求められてきたもので、強い相互作用の理解に重要な影響を与えるだろう」と述べた。^[4]

2012年5月、BaBarは最近分析したデータが素粒子物理学の標準モデルの予測からの逸脱を示唆している可能性があると報告した^[5]。実験では、2つの粒子崩壊、およびが標準モデルの予測よりも頻繁に発生しているのが観察されている。このタイプの崩壊では、B中間子がDまたはD*中間子、タウレプトン、反ニュートリノに崩壊する。^[6] 過剰の有意性（3.4シグマ）は標準モデルからの逸脱を主張するのに十分ではないが、結果は何かが間違っていることの潜在的な兆候であり、既存の理論に影響を与える可能性が高い。2015年のLHCbとBelle実験の結果は、これらの崩壊プロセスで標準モデルを超える物理の可能性があるという証拠（3.9シグマ）を強化したが、それでもゴールドスタンダードの5シグマレベルの有意性には達していない。^[7] $B\to D^{*}\tau \nu$ $B\to D\tau \nu$

データ記録

参照

注記

^ オベール、B.;バザン、A.ブーチャム、A.ブティニー、D.デ・ボニス、I.ファヴィエ、J.ゲイラード、J. -M.ジェレミー、A.カリオタキス、Y.ル・フラワー、T.リーズ、日本。リューナード、Ｓ．プチパス、P.ロブ、P.ティッセランド、V.ザカリアドゥ、K.パラノ、A.チェン、GP;チェン、JC。ノースダコタ州チー;ロン、G.ワン、P.朱、YS;エイゲン、G. PL、ライナーツェン。ストゥグ、B.アボット、B.エイブラムス、GS;アマーマン、L.ら。（2002年）。「BABAR探知機」。核物理学研究における核計測機器と方法セクションA：加速器、分光計、検出器および関連機器. 479 (1): 1–116. arXiv : hep-ex/0105044 . Bibcode :2002NIMPA.479....1A. doi :10.1016 /S0168-9002(01)02012-5。S2CID 117579419 。
^ 毎日の PEP-II 配信および BaBar 記録光度 (棒グラフ)。^{[リンク切れ‍ ]} 2005 年 10 月 11 日にアクセス。
^ SLAC B-Factory のダイナミックパフォーマンス。2005 年 10 月 11 日にアクセス。2005 年 10 月 16 日にWayback Machineにアーカイブされました。
^ 物理学者が新粒子を発見: 最下層の「ボトムモニウム」 2008-07-10、2009-08-02 にアクセス
^ Lees, JP; et al. (2012). 「B → D ^(*)τ ⁻ν _τ崩壊の過剰の証拠」. Physical Review Letters . 109 (10): 101802. arXiv : 1205.5442 . doi :10.1103/PhysRevLett.109.101802. PMID 23005279. S2CID 20896961.
^ BaBar データは標準モデルの亀裂を示唆している (EScienceNews.com)。
^ 2 加速器が既知の物理法則を破る可能性のある粒子を発見。2015 年 9 月
^ BaBar Collaboration (2013). 「PEP-II e+e-コライダーのBABAR検出器で記録された時間積分光度」。Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A。726 : 203–213。Bibcode :2013NIMPA.726..203L。doi : 10.1016 / j.nima.2013.04.029。hdl : 10261/ 125266。S2CID 33933422。

外部リンク

「BaBar実験により時間の非対称性が確認」。
BaBar公式ウェブサイト
BaBar パブリックホームページ
2001年のCP対称性の破れの検出に関する発表の報告
BaBar コントロールルームの YouTube ビデオ 2007 年 4 月 30 日
INSPIRE-HEPにおける BaBar 実験の記録

[1] オベール、B.;バザン、A.ブーチャム、A.ブティニー、D.デ・ボニス、I.ファヴィエ、J.ゲイラード、J. -M.ジェレミー、A.カリオタキス、Y.ル・フラワー、T.リーズ、日本。リューナード、Ｓ．プチパス、P.ロブ、P.ティッセランド、V.ザカリアドゥ、K.パラノ、A.チェン、GP;チェン、JC。ノースダコタ州チー;ロン、G.ワン、P.朱、YS;エイゲン、G. PL、ライナーツェン。ストゥグ、B.アボット、B.エイブラムス、GS;アマーマン、L.ら。（2002年）。「BABAR探知機」。核物理学研究における核計測機器と方法セクションA：加速器、分光計、検出器および関連機器. 479 (1): 1–116. arXiv : hep-ex/0105044 . Bibcode :2002NIMPA.479....1A. doi :10.1016 /S0168-9002(01)02012-5。S2CID 117579419 。

[2] 毎日の PEP-II 配信および BaBar 記録光度 (棒グラフ)。^{[リンク切れ‍ ]} 2005 年 10 月 11 日にアクセス。

[3] SLAC B-Factory のダイナミックパフォーマンス。2005 年 10 月 11 日にアクセス。2005 年 10 月 16 日にWayback Machineにアーカイブされました。

[4] 物理学者が新粒子を発見: 最下層の「ボトムモニウム」 2008-07-10、2009-08-02 にアクセス

[5] Lees, JP; et al. (2012). 「B → D ^(*)τ ⁻ν _τ崩壊の過剰の証拠」. Physical Review Letters . 109 (10): 101802. arXiv : 1205.5442 . doi :10.1103/PhysRevLett.109.101802. PMID 23005279. S2CID 20896961.

[6] BaBar データは標準モデルの亀裂を示唆している (EScienceNews.com)。

[7] 2 加速器が既知の物理法則を破る可能性のある粒子を発見。2015 年 9 月

[8] BaBar Collaboration (2013). 「PEP-II e+e-コライダーのBABAR検出器で記録された時間積分光度」。Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A。726 : 203–213。Bibcode :2013NIMPA.726..203L。doi : 10.1016 / j.nima.2013.04.029。hdl : 10261/ 125266。S2CID 33933422。