Esperimento Belle

L'esperimento Belle è un esperimento di fisica delle particelle a cui lavorano più di 400 fisici e ingegneri all'interno di una collaborazione internazionale, il cui obiettivo è studiare la violazione CP e i suoi effetti. L'esperimento si trova all'acceleratore KEKB, situato all'interno della High Energy Accelerator Research Organisation (KEK) in Tsukuba, Prefettura di Ibaraki, Giappone. Nel 2010 è stato approvato il progetto di un upgrade del rivelatore, la nuova B-factory denominata Belle II raggiungerà una luminosità superiore di due ordini di grandezza rispetto a Belle.^[1]

Il rivelatore

Il rivelatore Belle è situato nell'unico punto di collisione dell'acceleratore KEKB, a Tsukuba. Nel punto di collisione vengono fatti scontrare elettroni a un'energia di 8 GeV e positroni a un'energia di 3,5 GeV, per questo motivo KEKB è stato definito un collider asimmetrico. Si tratta di una B-factory, ovvero di un collider in grado di produrre una grande quantità di mesoni B e di studiare i loro decadimenti in mesoni più leggeri.

Il rivelatore è costruito intorno a un solenoide superconduttore che genera un campo magnetico di 1,5 T. Si tratta di un rivelatore multi-strato composto da: un rivelatore al silicio per la ricostruzione dei vertici di decadimento dei mesoni B; una wire drift chamber che identifica le particelle misurandone la traiettoria e la perdita di energia; un contatore Čerenkov e un misuratore del tempo di volo; un calorimetro composto da cristalli di CsI(Tl) per rivelare gli sciami elettromagnetici; contatori composti da piastre resistive per l'identificazione di muoni e mesoni; due rivelatori di cristallo BGO posti nelle direzioni forward e backward per rivelare le particelle diffuse a piccoli angoli rispetto alla direzione dei fasci iniziali.^[2]

Le scoperte

Le scoperte più importanti ottenute dall'esperimento Belle sono le seguenti:

la prima osservazione della violazione CP, non riguardante i kaoni
osservazione di $B\to K^{*}l^{+}l^{-}$ e di $b\to sl^{+}l^{-}$
misura di $\phi _{3}$ utilizzando il Dalitz plot delle reazioni $B\to DK\$ e $\ D\to K_{S}\pi ^{+}\pi ^{-}$
misura degli elementi $|V_{ub}|$ e $|V_{cb}|$ della matrice CKM
osservazione diretta della violazione CP nelle reazioni $B^{0}\to \pi ^{+}\pi ^{-}\$ e $\ B^{0}\to K^{-}\pi ^{+}$
osservazione delle transizioni $b\to d$
evidenza del processo $B\to \tau \nu$
osservazione di una serie di nuove particelle, tra cui X(3872), Z(4430), Zc(3900)

Note

^ KEKB upgrade plan has been approved, su kek.jp, High Energy Accelerator Research Organization (KEK), 23 giugno 2010. URL consultato il 3 marzo 2018 (archiviato dall'url originale il 28 settembre 2011).
^ The Belle detector (PDF), in Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, vol. 479, 2002, pp. 117–232. URL consultato il 17 giugno 2014 (archiviato dall'url originale il 4 marzo 2016).