바바 실험

BaBar 실험, 즉 단순하게 BaBar 실험은 양성자(약 10GeV)의 나머지 질량의 약 10배에 달하는 에너지로 아원자 세계를 연구하는 500명 이상의 물리학자와 공학자들의 국제적인 협력이다.그것의 디자인은 과금-패리티 위반에 대한 조사로 동기 부여되었다.BaBar는 SLAC 국립가속기 연구소에 위치해 있으며, 캘리포니아 주 스탠퍼드 대학교 에너지학부에서 운영하고 있다.

물리학

BaBar는 Charge Parity 위반을 측정하여 우주의 물질과 반물질 함량의 차이를 이해하도록 설정되었다.CP 대칭은 전하-대칭 대칭(C 대칭)과 패리티 대칭(P 대칭)의 조합으로, 각각 약한 상호작용을 제외하고 별도로 보존된다.BaBar는 B meson 시스템에서 CP 위반에 대한 연구에 초점을 맞추고 있다.실험의 이름은 B 메손(기호 B
)과 그 항정신병(기호
B, 발음 B bar)의 명명법에서 유래한다.따라서 이 실험의 마스코트는 코끼리 바바르로 선택되었다.

CP 대칭이 유지되면 B 중간자와 그 반대편의 붕괴율은 같아야 한다.BaBar 검출기에서 생성된 2차 입자의 분석은 그렇지 않다는 것을 보여주었다. 2002년 여름, 붕괴율이 같지 않다는 것을 분명히 보여주는 8700만
B/
B
중간 쌍꺼풀 사건의 분석에 기초하여 결정적인 결과가 발표되었다.일본 KEK 연구소의 벨 실험에서 일관된 결과가 나왔다.

CP 위반은 입자 물리학의 표준 모델에 의해 이미 예측되었고, 중립 카온 시스템(
K
/
K
메손 쌍)에서 잘 확립되었다.BaBar 실험은 이 효과를 실험적으로 측정하는 정확도를 높였다.현재, 결과는 표준 모델과 일치하지만, 더 다양한 붕괴 모드에 대한 추가 조사에서는 미래에 불일치가 나타날 수 있다.

BaBar 검출기는 다층 입자 검출기다.그것의 큰 고체 각도 커버리지 (헤메틱 근처), 10 μm의 정밀도의 정점 위치 (실리콘 정점 검출기 제공), 다중 GeV 모멘타에서의 양호한 파이온-카온 분리 (신규 Cherenkov 검출기 제공), 그리고 몇 퍼센트의 정밀 전자기 칼리메트리 (CsI(Tl) 섬광 결정)의 목록을 허용한다.c B 중간 시스템에서의 CP 위반과는 별도로 검색한다.^[1]희귀한 해독과 이국적인 입자 탐색 연구, 바닥과 매력 쿼크를 포함하는 메손과 관련된 현상의 정밀 측정, 타우 렙톤과 관련된 현상에 대한 연구가 가능하다.

BaBar 검출기는 2008년 4월 7일에 작동을 중지했지만, 데이터 분석은 진행 중이다.

디텍터 설명

실리콘 정점 검출기의 원리: 이를 만든 사건이 발생한 입자의 기원은 센서에 남아 있는 충전 영역(빨간색)에서 거꾸로 추론하면 찾을 수 있다.

BaBar 검출기는 원통형이며 교호작용 영역이 중앙에 위치한다.상호작용 영역에서는 9 GeV 전자가 3.1 GeV 대조군(양전자라고도 함)과 충돌하여 ϒ
(4S) 공명에 해당하는 10.58 GeV의 질량 충돌 에너지를 생성한다.ϒ
(4S)은 즉시 한 쌍의 B 중간자(BB의⁺

⁻
절반과 BB의⁰

⁰
절반)로 분해된다.입자를 감지하기 위해 일련의 하위 시스템이 상호작용 영역 주위에 원통형으로 배열되어 있다.이러한 서브시스템은 내부부터 외부까지의 순서로 다음과 같다.

실리콘 정점 추적기(SVT)

양면 실리콘 스트립의 5개 층으로 만들어진 SVT는 BaBar 내부의 상호작용 영역에 매우 가까운 충전된 입자 트랙을 기록한다.

드리프트 챔버(DCH)

실리콘보다 가격이 저렴한 이 가스실의 40겹의 와이어는 훨씬 더 큰 반경까지 충전된 입자 궤적을 감지하여 모멘텀을 측정한다.또한 DCH는 입자가 물질을 통과할 때 발생하는 에너지 손실을 측정한다.Bethe-Bloch 공식을 참조하십시오.

내부 반사 체렌코프 빛 검출기(DIRC)

DIRC는 카온과 피온을 구별하기 위해 체렌코프 방사선을 방사하고 집중시키는 144개의 융접 실리카바로 구성되어 있다.

전자기 칼리미터(EMC)

6580 CsI 결정으로 만들어진 EMC는 전자와 대조군을 식별하여 광자(따라서 중성 피온(
π⁰
)와 전기적으로 중립적인 "긴 카온"(
K
_L)의 입자 트랙을 재구성할 수 있다.

자석

자석은 검출기 내부에 1.5T 필드를 생성하며, 이는 충전된 입자의 트랙을 구부려 운동량을 감산한다.

계기 플럭스 리턴(IFR)

IFR은 1.5T 자석의 유속을 반환하도록 설계되어 있어 대부분 철이지만 뮤온과 긴 카온을 검출할 수 있는 계측기도 있다.IFR은 6개의 sextant와 2개의 endcap으로 나뉜다.각 육분의 빈 공간은 2004년과 2006년에 황동으로 인터리브된 LST(Limited Streamer Tube)로 교체된 저항성 플레이트 챔버(RPC)의 19개 층을 지탱하는 빈 공간을 가지고 있다.황동은 LST 모듈이 RPC보다 훨씬 더 작기 때문에 상호작용 길이에 질량을 더하기 위해 있다.LST 시스템은 트랙의 세 개의 원통형 좌표를 모두 측정하도록 설계되었다. 즉, 어떤 개별 튜브가 부딪혔는가는 coordinate 좌표를 주고, 어떤 층이 ρ 좌표를 주었는가는 ρ 좌표를 주고, 마지막으로 LST의 꼭대기에 있는 z-플레인은 z 좌표를 측정한다.

주목할 만한 사건

2005년 10월 9일, BaBar는 PEP-II 양전자-전기 충돌기에 의해 전달된 1 × 10³⁴ cm를⁻²⁻¹ 조금 넘는 기록적인 광도를 기록했다.^[2]이는 PEP-II가 전달하기 위해 고안된 광도의 330%를 나타내며, 1.73A의 전자 저장 링에 저장된 전류를 기록 2.94A의 양전자와 결합하여 세계 기록과 함께 생산되었다.BaBar 실험의 경우, 더 높은 점도는 초당 더 많은 충돌을 발생시킨다는 것을 의미하며, 이는 보다 정확한 결과와 그렇지 않으면 볼 수 없었던 물리적인 효과를 찾을 수 있는 능력을 의미한다.^[3]

2008년 바바 물리학자들은 보토늄 쿼크 계열에서_b 가장 낮은 에너지 입자를 검출했다. 하산 자와리 대변인은 "이러한 결과는 30년 넘게 높은 관심을 받았으며, 강력한 상호작용에 대한 우리의 이해에 중요한 영향을 미칠 것"^[4]이라고 말했다.

2012년 5월, BaBar는 최근에 분석된 데이터가 입자 물리학의 표준 모델의 예측에서 편차를 시사할 수 있다고 보고했다^[5].실험에서는 $B\to D^{*}\tau \nu$ → $B\to D^{*}\tau \nu$ $B\to D^{*}\tau \nu$ $B\to D^{*}\tau \nu$ $B\to D^{*}\tau \nu$ { {\ $displaystyle B\to$ D $^{*}\tau \nu }$ 과 $B\to D^{*}\tau \nu$ B $B\to D\tau \nu$ → $B\to D\tau \nu$ $B\to D\tau \nu$ ν {\ $displaystyle B\to$ D\ $tau$ \ $nu$ 의 입자 디케이드가 표준 모델이 예측하는 것보다 더 자주 발생하는 것을 볼 수 있다.이런 형태의 붕괴에서, B 메손은 D 또는 D* 메손, 타우-레프톤 그리고 안티뉴트리노로 분해된다.^[6]초과(3.4 시그마)의 중요성은 표준 모델과의 결별을 주장하기에 충분하지 않지만, 그 결과는 무언가 잘못되었다는 잠재적 신호로 기존 이론에 영향을 미칠 가능성이 높다.2015년 LHCb와 Belle 실험의 결과는 이러한 붕괴 과정에서의 표준 모델을 넘어 가능한 물리학의 증거 (3.9 시그마까지)를 강화하지만, 여전히 금 표준 5 시그마 수준 유의미하지는 않다.^[7]

데이터 레코드

달리다	기간	집적광도^[8] (fb⁻¹)
1	1999년 10월 22일 – 2000년 10월 28일	22.93
2	2001년 2월 2일 – 2002년 6월 30일	68.19
3	2002년 12월 8일 – 2003년 6월 27일	34.72
4	2003년 9월 17일 – 2004년 7월 31일	109.60
5	2005년 4월 16일 – 2006년 8월 17일	146.61
6	2007년 1월 25일 – 2007년 9월 4일	86.06
7	2007년 12월 13일 – 2008년 4월 7일	45.60
합계	1999년 10월 22일 – 2008년 4월 7일	513.70

참고 항목

메모들

^ Aubert, B.; Bazan, A.; Boucham, A.; Boutigny, D.; De Bonis, I.; Favier, J.; Gaillard, J. -M.; Jeremie, A.; Karyotakis, Y.; Le Flour, T.; Lees, J. P.; Lieunard, S.; Petitpas, P.; Robbe, P.; Tisserand, V.; Zachariadou, K.; Palano, A.; Chen, G. P.; Chen, J. C.; Qi, N. D.; Rong, G.; Wang, P.; Zhu, Y. S.; Eigen, G.; Reinertsen, P. L.; Stugu, B.; Abbott, B.; Abrams, G. S.; Amerman, L.; et al. (2002). "The BABAR detector". Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 479 (1): 1–116. arXiv:hep-ex/0105044. Bibcode:2002NIMPA.479....1A. doi:10.1016/S0168-9002(01)02012-5. S2CID 117579419.
^ 매일 PEP-II가 제공되고 BaBar가 기록한 루미노시티(바 차트)^{[dead link]}2005년 10월 11일에 접속.
^ SLAC B-팩토리의 동적 성능.2005년 10월 11일에 접속.2005년 10월 16일 웨이백 머신에 보관
^ 새로운 입자를 발견한 물리학자들: 가장 아래쪽에 있는 '보토늄' 2008-07-10, 2009-08-02 액세스
^ Lees, J. P.; et al. (2012). "Evidence for an excess of B→D^(*)τ⁻ν_τ decays". Physical Review Letters. 109 (10): 101802. arXiv:1205.5442. doi:10.1103/PhysRevLett.109.101802. PMID 23005279. S2CID 20896961.
^ BaBar 데이터는 표준 모델의 균열(EScienceNews.com)을 암시한다.
^ 2개의 가속기가 알려진 물리 법칙을 어길 수 있는 입자를 발견한다.2015년 9월
^ BaBar Collaboration (2013). "Time-integrated luminosity recorded by the BABAR detector at the PEP-II e+e- collider". Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A. 726: 203–213. Bibcode:2013NIMPA.726..203L. doi:10.1016/j.nima.2013.04.029. S2CID 33933422.

외부 링크

"BaBar Experiment Confirms Time Asymmetry".
공식 BaBar 웹사이트
BaBar 공용 홈 페이지
CP위반 적발에 관한 2001년 발표
2007년 4월 30일 바바 제어실 유튜브 영상
INSPINS-HEP에 대한 BaBar 실험 기록

[1] Aubert, B.; Bazan, A.; Boucham, A.; Boutigny, D.; De Bonis, I.; Favier, J.; Gaillard, J. -M.; Jeremie, A.; Karyotakis, Y.; Le Flour, T.; Lees, J. P.; Lieunard, S.; Petitpas, P.; Robbe, P.; Tisserand, V.; Zachariadou, K.; Palano, A.; Chen, G. P.; Chen, J. C.; Qi, N. D.; Rong, G.; Wang, P.; Zhu, Y. S.; Eigen, G.; Reinertsen, P. L.; Stugu, B.; Abbott, B.; Abrams, G. S.; Amerman, L.; et al. (2002). "The BABAR detector". Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 479 (1): 1–116. arXiv:hep-ex/0105044. Bibcode:2002NIMPA.479....1A. doi:10.1016/S0168-9002(01)02012-5. S2CID 117579419.

[2] 매일 PEP-II가 제공되고 BaBar가 기록한 루미노시티(바 차트)^{[dead link]}2005년 10월 11일에 접속.

[3] SLAC B-팩토리의 동적 성능.2005년 10월 11일에 접속.2005년 10월 16일 웨이백 머신에 보관

[4] 새로운 입자를 발견한 물리학자들: 가장 아래쪽에 있는 '보토늄' 2008-07-10, 2009-08-02 액세스

[5] Lees, J. P.; et al. (2012). "Evidence for an excess of B→D^(*)τ⁻ν_τ decays". Physical Review Letters. 109 (10): 101802. arXiv:1205.5442. doi:10.1103/PhysRevLett.109.101802. PMID 23005279. S2CID 20896961.

[6] BaBar 데이터는 표준 모델의 균열(EScienceNews.com)을 암시한다.

[7] 2개의 가속기가 알려진 물리 법칙을 어길 수 있는 입자를 발견한다.2015년 9월

[8] BaBar Collaboration (2013). "Time-integrated luminosity recorded by the BABAR detector at the PEP-II e+e- collider". Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A. 726: 203–213. Bibcode:2013NIMPA.726..203L. doi:10.1016/j.nima.2013.04.029. S2CID 33933422.

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