Nel nuovo acceleratore SuperKEKB in Giappone sono state rilevate le prime collisioni di particelle di materia e antimateria. Gli scienziati della LMU e dell'Universo Cluster sono coinvolti negli esperimenti.

I fisici delle particelle aspettano questo momento da molto tempo:il 26 aprile 2018 alle 0:38 GMT+09:00 presso la KEK (Japan's High Energy Accelerator Research Organization) a Tsukuba, fasci di materia e particelle di antimateria si sono scontrati per la prima volta nel nuovo acceleratore SuperKEKB. La notizia di questo successo è arrivata dal rilevatore, anche:lo strumento Belle II, che è anche un nuovo sviluppo, "visto" e registrato le tracce di particelle prodotte nella collisione. Gli scienziati sperano che l'esperimento li aiuti a capire perché il rapporto equilibrato originale tra materia e antimateria nell'Universo è cambiato, così che ora non contiene praticamente nessuno di questi ultimi.

Qual è la chiave per risolvere il mistero materia/antimateria? Gli scienziati stanno cercando di trovarlo nei modelli di decadimento delle particelle di breve durata, Mesoni B in particolare, dove si può osservare un leggero eccesso di materia.

I mesoni B sono coppie di quark con una caratteristica particolare:uno dei due quark è un quark di bellezza (B-) o la corrispondente antiparticella. I mesoni B vengono prodotti quando elettroni e positroni (antielettroni) si scontrano e si annichilano a vicenda.

Cerca decadimenti speciali

SuperKEKB accelera gli elettroni e i positroni che circolano in direzioni opposte prima che vengano portati in collisione nel rivelatore Belle II. Belle II registra e analizza le conseguenze di questi eventi di collisione. "Le tracce delle particelle devono essere misurate in modo molto preciso se vogliamo rilevare decadimenti che deviano dalla norma, " spiega il dott. Hans-Günther Moser del Max Planck Institute for Physics (MPP). "Questo compito spetta a un rilevatore di pixel ad alta sensibilità, che si trova direttamente nel punto di collisione al centro di Belle II." Il Prof. Dr. Thomas Kuhr della LMU aggiunge:"Oltre ai rivelatori migliorati, sono necessari anche algoritmi sofisticati per trovare le deviazioni più piccole quando si analizzano le grandi quantità di dati registrati".

Otto anni fa, sono iniziate le misure di aggiornamento dell'acceleratore KEK e del rivelatore Belle a Tsukuba. L'obiettivo di questo grande progetto è aumentare la resa precedentemente ottenibile di mesoni B di un fattore 40:durante i prossimi 10 anni, la combinazione SuperKEKB-Belle II dovrebbe produrre e valutare circa 50 miliardi di mesoni B. Questo enorme aumento del volume dei dati aumenta anche la possibilità di trovare il modello di decadimento ricercato.

Scienziati della LMU, l'Universo Cluster di Eccellenza, l'Istituto di Fisica Max Planck e l'Università Tecnica di Monaco di Baviera (TUM) sono coinvolti nella costruzione del rivelatore più interno e nello sviluppo del software per la valutazione dei dati.

Un acceleratore ad anello in dirittura d'arrivo

Una caratteristica innovativa cruciale del SuperKEKB è un anello di positroni di nuova concezione e un complesso sistema di magneti superconduttori che mantengono i grappoli di particelle in pista. Il nuovo rivelatore Belle II, le cui funzioni sono perfettamente abbinate alla struttura, sarà commissionato contemporaneamente all'acceleratore aggiornato.

Poche settimane fa, un fascio di elettroni e un fascio di positroni sono stati alimentati. Da allora, scienziati e personale tecnico hanno lavorato per allineare i fasci di particelle al punto di collisione all'interno del rivelatore Belle II. Inoltre, gli strumenti costruiti presso l'MPP sono attualmente utilizzati per misurare i segnali di fondo che potrebbero interferire con le analisi future. Dopo questa fase di prova, i componenti finali, compreso il rilevatore di pixel nel cui sviluppo l'MPP ha svolto un ruolo cruciale, verrà installato e calibrato. Il piano attuale prevede che il programma scientifico inizi all'inizio del prossimo anno.