Dal 25 marzo 2019, lo strumento rivelatore Belle II in Giappone ha misurato le collisioni di particelle generate nell'acceleratore SuperKEKB. Il nuovo duo produce più di 50 volte il numero di collisioni rispetto al suo predecessore. L'enorme aumento dei dati significa che ora c'è una maggiore possibilità di spiegare lo squilibrio tra materia e antimateria nell'universo.

Nell'esperimento Belle II, gli elettroni e le loro antiparticelle, positroni, sono diretti alla collisione. Ciò si traduce nella generazione di mesoni B, coppie costituite da un quark e un anti-quark. Durante gli esperimenti precedenti (Belle e BaBar), gli scienziati hanno potuto osservare che i mesoni B e i mesoni anti-B decadono a velocità diverse, un fenomeno è noto come violazione di CP. Offre un orientamento quando si tratta della domanda sul perché l'universo non contenga quasi antimateria, anche se dopo il Big Bang, entrambe le forme di materia dovevano essere presenti in quantità uguali.

"Però, l'asimmetria osservata fino ad oggi è troppo piccola per spiegare la mancanza di antimateria, " afferma Hans-Günther Moser del Max Planck Institute for Physics. "Ecco perché stiamo cercando un meccanismo più potente, rimasto sconosciuto fino ad oggi, che superi i confini del "modello standard della fisica delle particelle" che è stato utilizzato ad oggi. Però, per trovare questa nuova fisica e fornire prove statistiche per essa, i fisici devono raccogliere e valutare molti più dati di quelli che hanno fatto fino ad oggi".

Con questo compito in mente, l'ex acceleratore KEK e Belle, operativi dal 1999 al 2010, sono stati completamente modernizzati. La novità chiave è l'aumento di 40 volte della luminosità, il numero di collisioni di particelle per unità di area.

Per questo scopo, scienziati e tecnici hanno notevolmente ridotto il profilo del fascio di particelle; in futuro sarà anche possibile raddoppiare il numero di grappoli di particelle. La probabilità che le particelle possano effettivamente urtarsi l'una con l'altra è quindi notevolmente aumentata. In questo modo, gli scienziati avranno 50 volte la quantità di dati disponibili per la valutazione in futuro.

Registrazione ad alta precisione di tracce di particelle

Però, la quantità aggiuntiva di dati presenta grandi sfide quando si tratta della qualità dell'analisi fornita dal rivelatore. Dopo la collisione delle particelle, i mesoni B decadono di appena 0,1 millimetri su un volo medio. Ciò significa che i rilevatori devono funzionare in modo molto rapido e preciso. Ciò è garantito da un rilevatore di pixel di vertice altamente sensibile, gran parte del quale è stata sviluppata e costruita presso il Max Planck Institute for Physics e il laboratorio di semiconduttori della Max Planck Society. Il rilevatore ha complessivamente 8 milioni di pixel, e consegna 50, 000 immagini al secondo.

"Diverse tecnologie speciali sono integrate nel rilevatore di vertici dei pixel, " spiega Moser. "Quando vengono inseriti nuovi pacchetti di particelle nel SuperKEKB, che inizialmente genera uno sfondo molto ampio, possiamo accecare il rilevatore per circa 1 microsecondo. Ciò significa che i segnali non rilevanti possono essere bloccati." Inoltre, i sensori del rilevatore non sono più spessi di un capello umano, con larghezze di soli 75 micrometri. I fisici sperano che in questo modo, possono impedire che le particelle vengano disperse mentre attraversano la materia.

L'inizio dell'operazione di misurazione segnerà la fine di un importante progetto di costruzione. Per nove anni, scienziati e ingegneri hanno lavorato alla conversione e alla modernizzazione del rivelatore. La corsa ora iniziata continuerà fino al 1 luglio 2019. SuperKEKB e Belle II ricominceranno a ottobre 2019 dopo una breve pausa per la manutenzione.