Uno de los principales aceleradores de partículas del mundo ha alcanzado un hito, logrando sus "primeros giros", haces de partículas circulantes por primera vez, y abriendo una nueva ventana al universo, una vista que dará a los físicos acceso a unvelocidad récord de colisiones de partículas en un pequeño volumen en el espacio.
El acelerador SuperKEKB de Japón desempeña un papel único en el panteón de los destructores de átomos en todo el mundo. Está a la vanguardia de lo que los físicos llaman la "frontera de intensidad", diseñada para entregar más de 40 veces la tasa de colisiones entre partículas que su predecesora.
El estudio de las partículas producidas en estas colisiones brindará a los físicos una visión más clara de los bloques de construcción fundamentales del universo y brindará nuevas oportunidades para explorar la física que va más allá del modelo estándar actual de física de partículas.
El mes pasado, el 10 de febrero, los científicos en el acelerador circularon un haz de positrones que se movía cerca de la velocidad de la luz a través de un tubo estrecho alrededor de la circunferencia de 3 kilómetros de su anillo principal a 10 metros bajo tierra. La semana pasada, febrero26, los científicos lograron hacer circular un haz de electrones moviéndose cerca de la velocidad de la luz en la dirección opuesta. Los dos eventos marcan los "primeros giros" del dispositivo, un hito cuando los haces de partículas circulan a través de muchas revoluciones de un acelerador parala primera vez.
El próximo año, SuperKEKB acelerará los dos haces simultáneamente, los comprimirá en un área más pequeña que cualquier otro acelerador en la Tierra, luego los juntará para producir grandes cantidades de mesones B y leptones tau, partículas pesadas cuyas desintegraciones pueden revelar una nueva físicaLos científicos que pasaron años diseñando el colisionador y sus detectores pasarán años analizando los frutos científicos de sus esfuerzos.
El colisionador mejorado, ubicado en el laboratorio KEK en Tsukuba, Japón, fue diseñado y creado por un equipo de físicos aceleradores japoneses. El detector Belle II que observará las partículas creadas en las colisiones ha sido diseñado por un equipo de más de600 científicos que abarcan 99 instituciones en 23 países en cuatro continentes.
Setenta y cinco científicos estadounidenses de 14 instituciones han participado en la creación de Belle II. La Oficina de Ciencia del Departamento de Energía de EE. UU. Ha financiado la contribución de la nación, y el Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico del departamento ha liderado el esfuerzo. Jim Fast de PNNL es elgerente de proyecto liderando la contribución de los Estados Unidos junto con David Asner, el científico jefe del proyecto. El profesor Tom Browder de la Universidad de Hawai es el portavoz de la colaboración general de Belle II.
"La cooperación global es necesaria para abordar las preguntas más convincentes en física de partículas", dijo James Siegrist, director asociado de ciencia de física de alta energía en la Oficina de Ciencia del DOE. "Ahora las naciones deben especializarse en las instalaciones que construyen y proporcionanacceso a esas instalaciones a físicos de todo el mundo. Apreciamos que Japón sea el anfitrión de esta instalación de clase mundial donde los físicos de EE. UU. estudiarán interacciones de partículas raras y buscarán nueva física mientras que a cambio contribuyen con nuevos componentes de última generación para eldetector internacional de colaboración Belle II "
Nano-haces para explorar nueva física
En SuperKEKB, los anillos de imanes aceleran los electrones en una dirección y sus equivalentes antimateria, los positrones, en la dirección opuesta. Cada flujo de partículas es increíblemente delgado, aproximadamente una milésima parte del ancho de un cabello humano.
El estudio de las interacciones, qué partículas se crean y qué les sucede, les da a los científicos una visión sin igual de algunos de los bloques de construcción fundamentales del universo y las fuerzas que los unen. SuperKEKB es uno de los pocos lugaresen el planeta donde los científicos pueden buscar respuestas a algunas de las preguntas más fundamentales sobre nuestro universo. Dentro de los aceleradores de partículas como SuperKEKB y otros, los científicos crean partículas en la Tierra que no se ven naturalmente en el universo desde los primeros momentos del Big Bang.
El colisionador está diseñado para explorar la "nueva física" que va más allá de lo que los científicos llaman el Modelo Estándar de Física de Partículas. Ese modelo se ha mantenido bajo cuatro décadas de escrutinio, pero hay preguntas que continúan molestando a los físicos. Por un lado: segúnSegún la teoría del Big Bang, la materia y la antimateria se crearon en cantidades iguales al comienzo del universo y deberían haberse aniquilado totalmente en el primer segundo más o menos de la existencia del universo. El cosmos debería estar lleno de luz y poco más.¿Qué sutil diferencia en la física de la materia y la antimateria ha dejado al universo con un exceso de materia: las estrellas que vemos, el planeta en el que vivimos y nosotros mismos?
Belle II y SuperKEKB están diseñados para descifrar las respuestas con delicadeza. SuperKEKB tendrá la intensidad más alta del mundo de cualquier acelerador, 40 veces mayor que su predecesor KEK. Eso significa que el colisionador creará más colisiones de interés que cualquier otro colisionador enel planeta.
Para crear una intensidad tan alta, los científicos comienzan creando haces de electrones y positrones y manteniéndolos estrechamente acorralados con más de 1,000 imanes mientras giran alrededor del acelerador 100,000 veces por segundo. Las partículas eventualmente se enfocan en "nano haces" -haces tan comprimidos que cuando chocan entre sí, es mucho más probable que las partículas en el interior choquen. El volumen de colisiones permitirá a los científicos estudiar eventos muy raros con una precisión sin precedentes.
Para observar la interacción, los científicos recurrirán al detector Belle II. Una "cámara digital" del tamaño de una casa grande, el detector sofisticado abarca miles de toneladas de los materiales y dispositivos electrónicos de más alta tecnología disponibles. El detector registrará datosdesde 30,000 colisiones por segundo, todo sucediendo en una región de solo 100 nanómetros de altura, más pequeña que un punto de texto apenas visible. Los científicos estiman que el experimento dará como resultado una de las muestras científicas más grandes de datos, al menos unos pocos cientos de petabytes -- más que todas las obras escritas en la historia del mundo, varias veces.
Un iTOP para descubrir kaons, piones
La pieza central de la contribución de EE. UU. A Belle II es el detector de "imagen del tiempo de propagación", también llamado detector iTOP. El iTOP ayudará a los científicos a determinar exactamente qué partículas se crean durante las colisiones analizando la luz emitida por las partículas a medida que atraviesanlosas de cuarzo. Eso permitirá al equipo distinguir entre partículas conocidas como piones, hechas de quarks arriba y abajo, y kaons, hechas de un quark extraño con un quark arriba o abajo.
"Mediciones inexplicables anteriores han indicado que hay algunos agujeros en el modelo estándar. El propósito de Belle II es ayudarnos a comprender la nueva física más allá del modelo estándar. Nuestro enfoque es enfocarnos en procesos de descomposición muy raros con gran precisión para buscar respuestas", dijo Fast de PNNL, que gestiona la construcción de iTOP para la colaboración Belle II.
SuperKEKB se conoce como una "fábrica B" porque producirá partículas conocidas como mesones B, que se descomponen rápidamente en otras partículas. Durante los próximos siete años, los científicos esperan que el colisionador produzca más de 200 mil millones de mesones B. Las colisiones se produciránrutinariamente también crean partículas conocidas como tau leptones, que son muy apreciadas por los físicos de partículas. Clasificar los datos y aislar las interacciones de interés eventos extremadamente raros proporciona una mirada a las leyes fundamentales de la naturaleza.
Con la actualización, los investigadores estiman que verán aproximadamente 40 veces más "colisiones de interés" que antes de la actualización.
PNNL ha trabajado en estrecha colaboración con los investigadores de KEK durante varios años. Desde el desastre de Fukushima en 2011, PNNL ha ayudado a administrar la inmensa cantidad de datos relacionados con el proyecto para colaboradores de todo el mundo. Alrededor de dos docenas de científicos de PNNL han contribuido a Belle II, aproximadamente la mitad en el trabajo directamente relacionado con la construcción del detector y la otra mitad ayudando a administrar los datos.
las instituciones estadounidenses que contribuyen a Belle II incluyen :
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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