Instal·lació del detector Belle II. Crèdits: KEK/N.Toge
Los electrones y sus antipartículas, los positrones acelerados y almacenados por el
acelerador SuperKEKB colisionaron, por primera vez, la pasada madrugada, a las 00:38
en Tsukuba (Japón). El detector Belle II registró la aniquilación que se produjo entre los
haces de electrones y positrones, y que generó otras partículas incluyendo parejas de
quarks y antiquarks beauty (‘belleza’ o simplemente b), uno de los quarks más
pesados. Son las primeras colisiones que se registran en el acelerador de la
Organización para la Investigación en Física de Altas Energías con Aceleradores (KEK)
de Japón desde que la máquina anterior (KEKB) finalizase sus operaciones en 2010.
El detector Belle II ha sido diseñado y construido por una colaboración internacional de
más de 750 investigadores de 25 países, entre ellos España. Comparado con su
predecesor (Belle), el nuevo detector ha mejorado enormemente su capacidad, y
puede detectar y reconstruir eventos a una velocidad mucho mayor, aprovechando
que SuperKEKB tendrá 40 veces más luminosidad (medida del número de colisiones)
que el anterior acelerador. Se esperan obtener 50.000 millones de eventos de
colisiones entre mesones B y anti-B (partículas compuestas por un quark y un
antiquark b), 50 veces más que el total de datos obtenido en el anterior proyecto
KEKB/Belle que funcionó durante 10 años.
SuperKEKB y el detector Belle II están diseñados para buscar ‘nueva física’ más allá del
Modelo Estándar, la teoría que describe las partículas elementales que componen la
materia visible del Universo y sus interacciones. Para ello mide desintegraciones
inusuales de partículas elementales como el quark beauty, el quark charm
(‘encantado’) o los leptones tau, partícula emparentada con el electrón. Belle II
abordará la búsqueda de evidencias de la existencia de nuevas partículas que podrían
explicar por qué el Universo está dominado por la materia y no por la antimateria,
cuando debieron producirse en iguales cantidades tras el Big Bang, y responder otras
cuestiones fundamentales para el conocimiento del cosmos.
El acelerador SuperKEKB comenzó a funcionar en marzo con un anillo para
‘amortiguar’ los positrones, un complejo sistema de imanes superconductores que
focalizan los haces y con el nuevo detector Belle II situado en el punto donde
interactúan los haces de electrones y positrones. El primer haz de electrones fue
almacenado en el anillo principal de alta energía del acelerador el 21 de marzo, y el de
positrones se almacenó en el anillo de baja energía el 31. Desde entonces se ha llevado
a cabo el proceso de ajuste para que los dos haces choquen en el centro del detector
Belle II, hecho que acaba de producirse y que marca el punto de salida para la toma de
datos.
A diferencia del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN en Ginebra (Suiza), el
mayor y más potente acelerador de protones del mundo, SuperKEKB está diseñado
para ser el acelerador con mayor luminosidad, una medida del número de colisiones
potenciales en un acelerador por unidad de superficie en un periodo de tiempo. Así,
SuperKEKB lidera lo que se llama ‘frontera de la luminosidad’, y espera batir el récord
de luminosidad logrado por su antecesor KEKB en 2009.
Carlos Mariñas, doctor por el Instituto de Física Corpuscular (IFIC), centro mixto del
Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universitat de València, y
actualmente en la Universidad de Bonn como coordinador adjunto del funcionamiento
de Belle II, asegura que “detectar las primeras colisiones es un gran logro de los
equipos involucrados en el proceso de puesta a punto de los haces durante los
pasados meses. La gran experiencia de los físicos de aceleradores japoneses nos ha
llevado a este punto en muy poco tiempo, permitiéndonos encender progresivamente
Belle II sin riesgo para el experimento. Ahora está en manos de los físicos que trabajan
en el detector sacar lo mejor del potencial de descubrimiento que esta excepcional
máquina pone a nuestro alcance, y estamos dispuestos a aceptar el reto”.
Participación española
El Instituto de Física Corpuscular (IFIC, CISC-UV), el Instituto de Física de Cantabria
(IFCA, CSIC-Universidad de Cantabria) y el Instituto Tecnológico de Aragón
(ITAINNOVA) participan en el diseño, construcción, instalación y operación de DEPFET,
un nuevo detector para el experimento Belle II.
El IFIC participa desde hace más de una década en el desarrollo de DEPFET,
coordinando primero las pruebas con haces de partículas y luego la estrategia de
refrigeración del detector, resultado de la tesis doctoral de Carlos Mariñas, uno de los
responsables de la operación de Belle II. Además, el centro ha diseñado y producido la
electrónica para comprobar el correcto funcionamiento de los diferentes módulos de
DEPFET una vez ensamblados en Belle II.
Los detectores basados en la tecnología DEPFET se ubican en el punto más cercano a
las colisiones de Belle II para reconstruir el origen de las partículas con gran precisión.
Están compuestos por una única pieza de silicio que integra el sensor y el soporte
mecánico, a la que se sueldan los chips de lectura. El resultado es un detector de
píxeles que, por su extremada delgadez (75 micras en la zona activa), reduce el material que altera la trayectoria de las partículas cargadas generadas en las
colisiones. Esto, junto al reducido tamaño de sus píxeles, hace que pueda reconstruir el
origen de las partículas con una precisión de 10 micras.
Contactos:
Carlos Mariñas, investigador de la Universidad de Bonn. Coordinador adjunto de operaciones de Belle II y líder de la
integración y puesta en marcha del detector de vértices.
cmarinas@uni-bonn.de // +81 29 864 5200 (Extensión 2452)
Marcel Vos, científico titular CSIC en el Instituto de Física Corpuscular (IFIC, CSIC-Universitat de València)
Marcel.Vos@ific.uv.es // 96 354 38 53
Más información: https://belle2.jp
Vídeo:
A Search for New Physics: The Belle II Detector

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