Dal 1998 al 2010, l’organizzazione giapponese KEK sull’alta energia, ha gestito KEKB, un acceleratore elettrone-positrone asimmetrico di 3 km di circonferenza che deteneva il record mondiale di luminosità istantanea pari a 2,1×10 34 cm –2 s -1.
Le energie del fascio sono state scelte in modo tale che nelle collisioni venisse prodotto un gran numero di coppie di mesoni B-anti-B, la struttura perciò è nota anche come fabbrica B. L’acceleratore SuperKEKB, un importante aggiornamento di KEKB e del suo rilevatore BELLE, è progettato per raggiungere un picco di luminosità superiore di un fattore quaranta. L’esperimento Belle II è progettato per registrare i dati in SuperKEKB, con prestazioni simili o migliori di Belle.
Gli esperimenti condotti nella fabbrica di mesoni B hanno mostrato i primi segnali di violazione della CP (asimmetrie materia-antimateria) nel settore dei mesoni B nel 2001. Questi risultati hanno dimostrato che l’ipotesi di Kobayashi e Maskawa sull’origine della violazione della CP è corretta, per questo i due scienziati hanno vinto il Premio Nobel 2008 per la fisica.
la progettazione e la realizzazione di Belle II ha coinvolto scienziati di 12 istituti tedeschi che hanno inoltre sviluppato gli algoritmi di valutazione e di analisi dei dati. Il Max Planck Institute for Physics ha dato un contributo sostanziale allo sviluppo del rivelatore più interno e più sensibile, il Pixel Vertex Detector.
Belle II è progettato per trovare una Nuova fisica che vada oltre l’attuale Modello standard della fisica delle particelle, che spieghi l’asimmetria tra materia e antimateria e la misteriosa materia oscura. Una delle particelle finora sconosciute che il rivelatore Belle II sta cercando è il bosone Z’, una variante del bosone Z che funge da particella di scambio per l’interazione debole.
Per quanto ne sappiamo, circa il 25% dell’universo è costituito da materia oscura, mentre la materia visibile ne rappresenta poco meno del 5%. Entrambe le forme di materia “sentono” la forza di gravità. La materia oscura costituisce quindi una sorta di modello per la distribuzione della materia visibile. Questo può essere osservato, ad esempio, nella disposizione delle galassie nell’universo.
Collegare la materia oscura alla materia ordinaria
Il bosone Z′ può svolgere il ruolo di mediatore nell’interazione tra materia oscura e materia ordinaria. Il bosone Z′ può, almeno teoricamente derivare dalla collisione di elettroni e positroni nel SuperKEKB e quindi decadere in particelle di materia oscura che non riusciamo a rilevare. Il bosone Z′ può quindi spiegare il comportamento della materia oscura. Inoltre, la scoperta del bosone Z′ potrebbe anche spiegare altre osservazioni che non sono coerenti con l’attuale modello standard.
Indizio importante: le coppie muone-antimuone
Belle II non è in grado di rilevare direttamente il bosone Z’. I modelli teorici e le simulazioni prevedono che il bosone Z’ potrebbe rivelarsi attraverso interazioni con i muoni, particelle simili agli elettroni ma 200 volte più pesanti.
Se gli scienziati scoprissero un numero insolitamente alto di coppie muone-antimuone dopo le collisioni elettrone / positrone, nonché deviazioni impreviste nella conservazione dell’energia e della quantità di moto, ciò costituirebbe un’indicazione importante dell’esistenza bosone Z’.
I dati prodotti finora da Belle II non hanno, però, fornito nessuna indicazione sul bosone Z’. In futuro, gli scienziati potranno limitare la massa e le forze di accoppiamento del bosone Z′ con una precisione precedentemente irraggiungibile.
Più dati, analisi più precise
“Nonostante la quantità ancora piccola di dati, ora possiamo effettuare misurazioni che non sono mai state fatte prima“, afferma il portavoce dei gruppi tedeschi, il Dr. Thomas Kuhr dell’Università Ludwig Maximilian di Monaco. “Ciò sottolinea l’importante ruolo dell’esperimento Belle II nello studio delle particelle elementari“.
I risultati iniziali provengono dall’analisi di una piccola quantità di dati raccolti durante la fase di avvio di SuperKEKB avvenuta nel 2018. Belle II è entrata in piena attività il 25 marzo 2019. Da allora, l’esperimento ha raccolto dati, migliorando continuamente il tasso di collisione di elettroni e positroni.
Se l’esperimento sarà perfettamente calibrato, fornirà molti più dati rispetto alle analisi pubblicate di recente. I fisici sperano quindi di ottenere nuove intuizioni sulla natura della materia oscura e su altre domande della fisica ancora senza risposta.
Fonte: https://www.belle2.org/; https://phys.org/news/2020-04-belle-ii-yields-results-boson.html
