B-фабрика

B-фабрика (англ. B-factory) — спеціальний прискорювач частинок, що спеціалізується на утворенні та вивченні B-мезонів.

Принцип роботи ред.

Електрони та позитрони прискорюються на зустрічних кругових орбітах і зіштовхуються так, що енергія зіткнень в системі центру мас становить рівно 10,580 ГеВ. При цій енергії (з певною імовірністю) утворюється резонанс ϒ(4S), який є збудженим станом системи b-кварка з анти-b-кварком. Саме завдяки збігу обставин ця енергія лише на 0,021 ГеВ перевищує ту, що необхідна для отримання двох B-мезонів. Тому резонанс ϒ(4S) майже завжди розпадається рівно на два B-мезони і нічого більше. Каналами його розпаду є $B^{0}{\bar {B}}^{0}$ та $B^{+}B^{-}$ , що мають приблизно рівну ймовірність (невелика різниця виникає через різницю в масі зарядженого та нейтрального B-мезонів та через кулонівську взаємодію^[1]), при цьому два мезони перебувають в сплутаних квантових станах. Маса мезонів B_{c, s} вже є занадто високою і потребує більшої енергії прискорювача: B_s мезони можна отримати на енергії зіткнень у 10,885 ГеВ, що відповідає резонансу ϒ(5S).

Цікавою є можливість легко «вимкнути» утворення B-мезонів при зовсім незначному зменшенню енергії зіткнення. Це дає можливість вивчати фон інших небажаних частинок, що неминуче утворюються в зіткненнях електронів та позитронів (а також внаслідок взаємодії пучків з матеріалом)^[2].

Вивчення порушень CP-симетрії ред.

Оскільки енергія резонансу Y(4S) лише трохи перевищує енергію спокою двох B мезонів, вони отримують дуже малу кінетичну енергію, тому перебувають майже у стані спокою (в системі центру мас). Щоб спостерігати цікаві ефекти, такі як залежність від часу порушення CP-симетрії, необхідно, щоб B-мезони швидко рухалися та могли пролетіти значну відстань до того, як розпадуться. Цього можна досягти, якщо енергія двох пучків буде різною. Як наслідок, центр маси системи більше не перебуватиме в стані спокою, тому B-мезони рухатимуться разом з ним у бажаному напрямку, що дозволяє виміряти час розпаду шляхом вимірювання координат місця розпаду. Це має вирішальне значення для вимірювання залежних від часу асиметрій CP у системі нейтральних мезонів B у разі розпаду на власні стани CP-симетрії, оскільки у розпаді $\Upsilon (4S)\rightarrow B^{0}{\bar {B}}^{0}$ обидва B-мезони квантово заплутані:

\Psi _{B{\bar {B}}}=1/{\sqrt {2}}\cdot (B{\bar {B}}-{\bar {B}}B).

Таким чином, момент відліку часу можна визначити як момент розпаду першого з двох B-мезонів, і таким чином виміряти різницю в часі до розпаду другого мезона. Від'ємні різниці в часі також вимірюються в експерименті. Якщо один з мезонів розпадається в кінцевий стан, що не є власним станом CP-симетрії (тобто, такий, що може бути утвореним лише в розпаді $B^{0}$ , але не ${\bar {B}}^{0}$ , чи навпаки), це дає можливість автоматично визначити, який із двох мезонів був $B^{0}$ , а який — ${\bar {B}}^{0}$ . Це дає можливість порівняти процеси розпаду мезона та анти-мезона, тобто, виміряти відхилення від CP-симетрії.

Точні вимірювання такого роду на B-фабриках показали, що спостережуване порушення CP-симетрії можна описати комплексною фазою CKM-матриці (матриця Кабібо-Кобаясі-Маскави). Після підтвердження теорії CKM-матриці на B-фабриках BaBar (США) та Belle (Японія), фізики-теоретики Макото Кобаясі та Тошіхіде Маскава, які запропонували цю матрицю, були нагороджені Нобелівською премією з фізики 2008 року.

Приклади B-фабрик ред.

Двома найвідомішими прикладами B-фабрик є прискорювач РЕР-II Стенфордського центру лінійного прискорювача (SLAC) в Стенфорді (США), що використовувався для експеримента BaBar (припинив роботу 2008 року), та прискорювач SuperKEKB у KEK в Цукубі (Японія), який використовується з 2018 року для експеримента Belle II. Останній є модернізацією експерименту Belle, що працював до 2010 року^[3].

Див. також ред.

LHCb

Список літератури ред.

↑ Voloshin, M. B. (20 серпня 2003). Variation of the Relative Yield of Charged and Neutral B Mesons Across the ϒ(4S) Resonance. Modern Physics Letters A (англ.). Т. 18, № 25. с. 1783—1791. doi:10.1142/S0217732303011538. ISSN 0217-7323. Архів оригіналу за 17 лютого 2022. Процитовано 31 січня 2021.
↑ Bevan, A. J.; Golob, B.; Mannel, Th.; Prell, S.; Yabsley, B. D.; Aihara, H.; Anulli, F.; Arnaud, N.; Aushev, T. (2014-11). The Physics of the B Factories. The European Physical Journal C (англ.). Т. 74, № 11. с. 3026. doi:10.1140/epjc/s10052-014-3026-9. ISSN 1434-6044. Процитовано 31 січня 2021.
↑ First physics for Belle II. CERN Courier (en-GB) . 10 квітня 2020. Архів оригіналу за 22 січня 2021. Процитовано 31 січня 2021.

Вебпосилання ред.

SLAC. PEP-II: Asymmetric B Factory. Архів оригіналу за 12 жовтня 2014. Процитовано 20. Januar 2013.
BABAR Collaboration. BABAR Experiment - öffentliche Webseite. Архів оригіналу за 4 лютого 2012. Процитовано 20. Januar 2013.
KEK. KEKB Webseite. Архів оригіналу за 25 січня 2021. Процитовано 20. Januar 2013.
Belle Collaboration. Belle Webseite. Архів оригіналу за 24 вересня 2019. Процитовано 20. Januar 2013.
K. Akai. - SuperKEKB Accelerator Status, 13th Belle II Open Collaboration Meeting. Процитовано 17. Januar 2013.

[1] Voloshin, M. B. (20 серпня 2003). Variation of the Relative Yield of Charged and Neutral B Mesons Across the ϒ(4S) Resonance. Modern Physics Letters A (англ.). Т. 18, № 25. с. 1783—1791. doi:10.1142/S0217732303011538. ISSN 0217-7323. Архів оригіналу за 17 лютого 2022. Процитовано 31 січня 2021.

[2] Bevan, A. J.; Golob, B.; Mannel, Th.; Prell, S.; Yabsley, B. D.; Aihara, H.; Anulli, F.; Arnaud, N.; Aushev, T. (2014-11). The Physics of the B Factories. The European Physical Journal C (англ.). Т. 74, № 11. с. 3026. doi:10.1140/epjc/s10052-014-3026-9. ISSN 1434-6044. Процитовано 31 січня 2021.

[3] First physics for Belle II. CERN Courier (en-GB) . 10 квітня 2020. Архів оригіналу за 22 січня 2021. Процитовано 31 січня 2021.

[1]

[2]

[3]