Belle II実験

北緯36°9′28″ 東経140°4′30″ / 北緯36.15778° 東経140.07500° / 36.15778; 140.07500

Belle II 実験は、 B 中間子(ボトムクォークを含む重い粒子) やその他の粒子の特性を研究するために設計された素粒子物理学実験です。Belle II 実験はBelle 実験の後継であり、茨城県つくば市にある KEK の SuperKEKB [1] 加速器複合施設で稼働しています。Belle II検出器は、2017^年4月に「ロールイン」(SuperKEKB の衝突点に移動) されました。 ^{[2] [3]} Belle II は 2018 年初頭にデータの取得を開始しました。^[1]稼働期間中、Belle II は前任者よりも約 50 倍多くのデータを収集すると予想されています。これは主に、 SuperKEKBによって提供される瞬間的な光度が以前のKEKB加速器と比較して40 倍増加したためです。^[1]     

Belle実験とBaBar実験の多くの興味深い分析は統計的不確実性によって制限されており、これが新世代の B ファクトリーである Belle II を構築する主な動機でした。

Belle IIでの目標データセットは50,000 fb ^{−1である[4]}が、 Belleでの988 fb ⁻¹ （Υ(4S)エネルギーで711 fb ^{−1 ）と比較される。 [5]} Longシャットダウン1前のBelle IIの良好な実行のデータセットは424 fb ⁻¹（Υ(4S)エネルギーで363 fb ⁻¹）であった。^[6]      

^{この膨大なデータセットにより、これまでの e +} e ⁻実験では測定できなかった稀な物理プロセスの研究が可能になり、すでに測定されている物理観測値の精度が向上します。

Belle IIの物理プログラムには、以下の粒子やプロセスの研究が含まれています。^[7]

• B中間子
• チャーム中間子
• ボトモニウム
• チャーモニウム
• タウレプトン
• ダークセクター
• 低多重度プロセス

Belle IIデータセットの大部分はUpsilon(4S)の重心エネルギー で記録され、その一部はUpsilon(5S)でエネルギースキャンとして記録されます。

Belle II は、ほぼ全立体角をカバーする汎用の高エネルギー粒子検出器です。検出器の中心軸上で起こるe ⁺ e ^{−衝突をカバーするために円筒形になっています。電子ビームの初期エネルギーは陽電子ビームよりも大きいため、検出器はビーム方向に対して非対称です。オリジナルの Belle 検出器の大部分は、} SuperKEKB加速器によって提供されるより高い瞬間輝度に対応するためにアップグレードされました^[4]。^[1]

主な構成要素は、最も内側のシステムから最も外側のシステムまで、次のとおりです。^[4]

• ビームから最小半径10 mmのベリリウムビームパイプ
• ピクセル検出器（PXD）は、空乏型電界効果トランジスタ（DEPFET）ピクセルの2つの円筒形層で構成されており、^[8]荷電粒子の軌道の正確な位置測定を提供します。最初の層はビームからわずか14 mm離れています。これまでのところ、2番目のPXD層のラダーは2つだけ設置されています。^[9]
• シリコン頂点検出器 (SVD) - 円筒形のバレル内に配置された 8 層のシリコン ストリップ センサーと、電子方向に向かって傾斜したエンドキャップにより、より広い範囲をカバーします。SVD および PXD 検出器は、頂点検出器 (VXD) と呼ばれることもあります。VXD の合計サイズは、一般的な移動距離のほとんどをカバーするように調整されています。${\displaystyle K_{S}^{0}}$
• 中央ドリフトチャンバー (CDC) は、ワイヤチャンバー中央追跡システムであり、衝突によって生成された荷電粒子の運動量と電荷の測定、およびエネルギーの蓄積による粒子タイプの識別(PID) を提供します。
• エアロゲル リングイメージングチェレンコフ検出器^[10]（aRICH）は、前方方向に進む荷電粒子に関するPID情報を提供します。
• 伝播時間（TOP）^{[11]カウンターは、}完全に内部反射した チェレンコフ光子を利用し、伝播時間を測定する 石英棒で構成されており、PIDに使用されます。
• 電磁カロリメータ（ECL）^[12]は、タリウムをドープしたヨウ化セシウムCsI（Tl ）結晶を投影幾何学的に組み立てた高度にセグメント化されたアレイであり、光子、中性子、およびPIDなどの中性最終状態粒子のエネルギーを測定します。${\displaystyle K_{L}^{0}}$
• 1.5 テスラの磁場を発生させる超伝導ソレノイド。最終状態の荷電粒子の軌道を曲げて、その電荷と運動量を測定します。
• ${\displaystyle K_{L}^{0}}$ミューオン検出器（KLM）^[13]は、エネルギーの蓄積を識別するだけでなく、ミューオンPIDにも使用されます。${\displaystyle K_{L}^{0}}$

Belle II実験のデータ収集は3つのフェーズに分かれています。^[14]

• フェーズ I — 2016 年 2 月から 6 月に完了: ビーム環境の特性評価のための SuperKEKB の試運転。
• フェーズII — 2018年初頭に開始され、最も内側の追跡システムでビーム誘起背景放射を測定するために、通常のシリコンベースのVXD追跡システムなしで実行されました。このフェーズでは、VXDサブ検出器がビームエクソシズム for a Stable ExperimenT IIまたはBEAST IIシステムに置き換えられ、さまざまな追跡技術をテストするために使用され、合計500pbの積分光度が収集されました。^[15]${\displaystyle ^{-1}}$
• フェーズ III — 2019 年に開始: 完成した Belle II 検出器によるデータ収集。

2018年11月22日、ベルII検出器はVerteX検出器（VXD）の設置により完成しました。^[16] 2019年3月25日、実際の物理プログラムの最初の衝突が検出されました。^[17]

2020年6月15日、スーパーKEKBは瞬間光度2.22 × 10 ³⁴  cm ⁻² s ⁻¹ — LHCの記録を上回る2018年に陽子-陽子衝突で2.14 × 10 ³⁴  cm ⁻² s ^{−1という}記録を樹立した。その数日後、SuperKEKBは光度記録を2.4 × 10 ³⁴  cm ⁻² s ⁻¹。^[18] 2022年6月には、光度記録はほぼ2倍になり、4.7 × 10 ³⁴  cm ⁻² s ⁻¹。^[19]

Belle II実験は、国際的な世界規模の科学コミュニティであるBelle IIコラボレーション^[20]によって運営されています。

Belle II コラボレーションは、Belle II 実験の設計、製造、組み立てを行い、現在も運用しています。コラボレーションは、実験で記録された衝突データを処理し、データ分析を実行し、その結果を科学雑誌の記事や学会発表などの形で発表しています。

2023年10月5日現在、世界27カ国、124の研究所から1,174人の会員が参加している。^[21]

2021年10月、Belle IIコラボレーション内のソフトウェア開発チームは、Belle II解析ソフトウェアフレームワーク（basf2）^[22]をオープンソースソフトウェアとしてGitHubで公開しました。^[23]

これは、Belle II 実験で記録された衝突イベントをシミュレート、再構築、および分析するために使用される主要なパッケージであり、DAQ、系統的不確実性の計算など に使用される他の個別の衛星パッケージがいくつかあります。

再構築と分析ライブラリのバックエンドはC++で書かれています[ 24 ]が^、分析ステアリングとファサードはPython ^[24]言語 で実装されています。

ソフトウェア開発を調整するために、Belle II Collaboration はAtlassian Jira、Confluence、gitベースのBitBucketサービスなどの産業用コラボレーション ツールを使用します。

• Bファクトリー
• 
  B
  –
  B
  発振
• LHCb実験

ウィキメディア・コモンズには、 Belle II 実験に関連するメディアがあります。

• Belle II 公開ウェブページ
• Belle II コラボレーション ウェブページ
• ドイツの Belle II ウェブページ
• 新しい物理学の探求 - Belle II 実験
• 日本のビッグ物理学の裏側 - Belle II
• INSPIRE-HEPにおけるSuperKEKB-Be​​lle II実験の記録
• INSPIRE-HEPにおけるSuperKEKBプロジェクトの記録