ベルII実験

北緯36度9分28秒、東経140度4分30秒/北緯36.15778度、東経140.07500度/北緯36.15778度、東経140.07500度

Belle II実験は、 B中間子（ボトムクォークを含む重粒子）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はBelle実験の後継であり、茨城県つくば市にある高エネルギー加速器研究機構（KEK）のSuperKEKB[1]加速器複合施設で稼働を開始しました。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年初頭にデータ収集を開始しました。^{[ 1 ]}稼働期間中、Belle IIは前身の実験よりも約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、以前のKEKB加速器と比較してSuperKEKBが提供する瞬間光度が40倍に増加したためです。^{[ 1 ]}    

Belle実験とBaBar実験に関する多くの興味深い分析は、統計的な不確実性によって制限されていた。これが、次世代のBファクトリーであるBelle IIを建設する主な動機となった。

目標データセットはBelle IIで 50,000 fb ^{−1 [ 4 ]}であり、 Belle では988 fb ^{−1 (} Υ(4S) エネルギーでは711 fb ^{−1 ) [ 5 ]}である。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) エネルギーでは363 fb ⁻¹⁾であった。^{[ 6 ]} Belle II のΥ(4S) エネルギーのデータセットは2026 年 5 月 17 日に Belle のデータセットを上回り^{[ 7 ] 、6 月 4 日時点で 757 fb −1}に達した。      

^{この膨大なデータセットによって、従来のe +} e ⁻実験では不可能だった稀な物理過程の研究が可能になり、既に測定されている物理観測量の精度も向上するだろう。

Belle II の物理学プログラムには、次の粒子またはプロセスの研究が含まれます: ^{[ 8 ]}

• B中間子
• チャームメソン
• ボトムニウム
• 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、重心系エネルギーUpsilon(4S)で記録され、その一部はUpsilon(5S)およびエネルギースキャンとして取得されます。

Belle II は、ほぼ全立体角をカバーする汎用高エネルギー粒子検出器です。検出器の中心軸上で発生する 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が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光度に対応するためにアップグレードされています^{[ 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、以下のとおりです。^{[ 4 ]}

•  ビームから最小半径10mmのベリリウムビームパイプ
• PiXel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つの円筒状層で構成されており、^{[ 9 ]}荷電粒子の軌道の正確な位置測定を提供します。第1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、第2PXD層の2つのラダーのみが設置されています。^{[ 10 ]}
• 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、より広い範囲をカバーするために電子方向に向かって傾斜したエンドキャップで構成されています。SVDおよびPXD検出器は、VerteX検出器（VXD）と呼ばれることもあります。VXD全体のサイズは、一般的なほとんどの領域をカバーするように調整されています。${\displaystyle K_{S}^{0}}$移動距離。
• 中央ドリフトチャンバー（CDC）は、ワイヤーチャンバーを用いた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を測定するとともに、エネルギー沈着量を通して粒子種識別（PID）を行う。
• エアロゲルリングイメージングチェレンコフ検出器^{[ 11 ]}（aRICH）は、前方に向かう荷電粒子のPID情報を提供する。
• 伝搬時間（TOP）^{[ 12 ]} カウンターは、全反射チェレンコフ光子を利用して伝搬時間を測定し、PIDに使用されます。
• 電磁カロリメーター（ECL）^{[ 13 ]は}、光子などの中性最終状態粒子のエネルギーを測定するために投影幾何学で組み立てられた、タリウムをドープしたヨウ化セシウムCsI（Tl）結晶の高度に分割されたアレイです。$\displaystyle K_{L}^{0}}$中性子、そしてPID。
• 超伝導ソレノイドは1.5テスラの磁場を発生させ、最終状態の荷電粒子の軌道を曲げることで、その電荷と運動量を測定する。
• $\displaystyle K_{L}^{0}}$およびミューオン検出器（KLM）^{[ 14 ]}は、$\displaystyle K_{L}^{0}}$エネルギー堆積だけでなく、ミューオンPIDについても同様です。

Belle II実験の中央ドリフトチャンバー（CDC）の建設工事

Belle II実験のデータ取得は3つのフェーズに分かれています。^{[ 15 ]}

• フェーズI — 2016年2月～6月に完了：ビーム環境を特性評価するためのSuperKEKBの試運転。
• フェーズII ― 2018年初頭に開始。最も内側のトラッキングシステムにおけるビーム誘起バックグラウンド放射線を測定するため、本来のシリコンベースのVXDトラッキングシステムを使用せずに運用された。このフェーズでは、VXDサブディテクターはBeam Exorcism for a Stable ExperimenT II（BEAST II）システムに置き換えられ、様々なトラッキング技術のテストと合計500 pbの積算輝度の測定に使用された。$\displaystyle ^{-1}}$収集された; ^{[ 16 ]}
• フェーズIII — 2019年開始：Belle II検出器全体を用いたデータ取得。

2018年11月22日、VerteX検出器（VXD）の設置によりBelle II検出器が完成した。^{[ 17 ]} 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た。^{[ 18 ]}

2020年6月15日、SuperKEKBは瞬間光度に達し、2.22 × 10 ³⁴  cm ⁻² s ⁻¹ — LHCの記録を上回る2.14 × 10 ³⁴  cm ⁻² s ⁻¹は、2018 年に陽子-陽子衝突で記録されました。数日後、SuperKEKB は光度記録をさらに更新しました。2.4 × 10 ³⁴  cm ⁻² s ⁻¹。^{[ 19 ]} 2022 年 6 月には、光度記録がほぼ 2 倍になり、4.7 × 10 ³⁴  cm ⁻² s ⁻¹。^{[ 20 ]}

Belle II実験は、国際的な世界的科学コミュニティであるBelle IIコラボレーション^{[ 21 ]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、現在も運用を続けています。このコラボレーションは、実験で記録された衝突データを取り扱い、データ分析を行い、その結果を科学論文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、世界中の124の研究所と27か国から1,174人のメンバーが参加している。^{[ 22 ]}

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またはbasf2 ^{[ 23 ]}をGitHub上でオープンソースソフトウェアとして公開しました^{[ 24 ]}。

これは、Belle II実験で記録された衝突事象をシミュレーション、再構築、分析するために使用される主要なパッケージであり、データ収集、系統的不確実性の計算などに使用される他のいくつかの独立した衛星パッケージも存在します。

再構築および分析ライブラリのバックエンドはC++で記述されており[ 25 ] ^{、分析ステアリング}とファサードはPython ^{[ 25 ]}言語で実装されています。

• Bファクトリー
• B – B振動
• LHCb実験

• ベル IIの公式ウェブページ
• Belle  II コラボレーションウェブページ
• ドイツのベルIIウェブページ
• 新たな物理学の探求 ― ベルII実験
• 日本の巨大物理学の内幕 - ベル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