L'esperimento Belle II ha raccolto dati da misurazioni fisiche per circa un anno. Dopo diversi anni di lavori di ricostruzione, sia l'acceleratore di elettroni-positroni SuperKEKB che il rivelatore Belle II sono stati migliorati rispetto ai loro predecessori per ottenere una velocità di trasmissione dati 40 volte superiore.

Scienziati di 12 istituti in Germania sono coinvolti nella costruzione e nel funzionamento del rivelatore, sviluppare algoritmi di valutazione e analizzare i dati. Il Max Planck Institute for Physics ha dato un contributo sostanziale allo sviluppo del rivelatore più interno altamente sensibile, il Pixel Vertex Detector.

Con l'aiuto di Belle II, gli scienziati stanno cercando tracce di una nuova fisica che possa spiegare l'ineguale presenza di 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 rappresenta poco meno del 5% del bilancio energetico. Entrambe le forme di materia si attraggono per gravità. La materia oscura costituisce quindi una sorta di modello per la distribuzione della materia visibile. Questo può essere visto, Per esempio, nella disposizione delle galassie nell'universo.

Collegamento tra materia oscura e normale

Il bosone Z′ può svolgere un ruolo interessante nell'interazione tra materia oscura e visibile, (cioè., potrebbe essere una sorta di mediatore tra le due forme di materia). Il bosone Z′ può, almeno in teoria, risultare dalla collisione di elettroni (materia) e positroni (antimateria) nella SuperKEKB e quindi decadere in particelle invisibili di materia oscura.

Il bosone Z′ può quindi aiutare gli scienziati a comprendere il comportamento della materia oscura. Cosa c'è di più, la scoperta del bosone Z′ potrebbe spiegare anche altre osservazioni non coerenti con il modello standard, la teoria fondamentale della fisica delle particelle.

Indizio importante:rilevamento di coppie di muoni

Ma come si può rilevare il bosone Z′ nel rivelatore Belle II? Non direttamente, questo è certo. Modelli teorici e simulazioni prevedono che il bosone Z′ potrebbe rivelarsi attraverso interazioni con muoni, i parenti più pesanti degli elettroni. Se gli scienziati scoprissero un numero insolitamente elevato di coppie di muoni di carica opposta dopo le collisioni elettrone/positrone, nonché deviazioni impreviste nella conservazione dell'energia e della quantità di moto, questa sarebbe un'importante indicazione del bosone Z′.

Però, i nuovi dati Belle II non hanno ancora fornito alcuna indicazione del bosone Z′. Ma con i nuovi dati, gli scienziati possono 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 ridotta di dati, ora possiamo fare misurazioni che non sono mai state fatte prima, " dice il portavoce dei gruppi tedeschi, Dr. Thomas Kuhr dell'Università Ludwig Maximilian di Monaco di Baviera. "Questo sottolinea l'importante ruolo dell'esperimento Belle II nello studio delle particelle elementari".

Questi primi risultati provengono dall'analisi di una piccola quantità di dati raccolti durante la fase di avvio di SuperKEKB nel 2018. Belle II è entrata in piena operatività il 25 marzo, 2019. Da allora, l'esperimento ha raccolto dati migliorando continuamente il tasso di collisione di elettroni e positroni.

Se l'esperimento è perfettamente sintonizzato, fornirà molti più dati rispetto alle analisi pubblicate di recente. I fisici sperano quindi di acquisire nuove intuizioni sulla natura della materia oscura e su altre domande senza risposta.