BaBar (experiment)

BaBar és un experiment de física de partícules portat a terme en el Laboratori Nacional d'Acceleradors SLAC entre 1999 i 2008. El seu propòsit primordial era investigar les diferències entre matèria i antimatèria que causen la predominancia de la matèria en l'univers conegut. Les senyes obtingudes varen servir per a confirmar la prediccions teòriques de Makoto Kobayashi i Toshihide Maskawa per les que varen rebre la mitat del Premi Nobel de Física en 2008. L'experiment també ha permés explorar atres qüestions d'importància sobre les propietats de les partícules fonamentals i les interaccions entre elles i posar a prova atres teories sobre la naturalea de l'univers. A data de giner de 2016, les senyes arreplegades durant l'experiment encara s'estan analisant.

Història

L'existència d'una asimetria entre la matèria i l'antimatèria era coneguda des de que es va descobrir que la partícula coneguda com el kaón neutral K⁰ presentava un comportament diferent al del seu antipartícula K&#;⁰. No obstant eixes observacions no explicaven la predominancia de la matèria sobre l'antimatèria, un problema relacionat en la violació de la simetria CP que no podia explicar-se en el context del model estàndar de física de partícules. Una possible solució a este problema passava per investigar asimetria similarles en els posades B, a on, segons les prediccions teòriques, l'efecte seria més pronunciat que en els kaones.

Per a realisar estos experiments, era necessari produir millons de posades B per a poder estudiar un número lo suficientment alt de desintegracions en les critats B-Factories (fàbriques B), colisionadores d'electrons i positrones especialment dissenyats per a este propòsit. Un d'ells es va construir en KEK, centre d'investigació situat en Tsukuba, Japó, per a estajar l'experiment Belle. Un segon accelerador, PEP-II, en el llavors cridat Centre de l'Accelerador Llineal de Stanford (SLAC) en Califòrnia, Estats Units, va ser la base de BaBar. El nom «BaBar», inspirat pel personage de contes infantils ilustrats Babar, prové dels objectes d'estudi, les posades B i la seua antipartícula B&#;, el nom del qual es llig en idioma anglés com B-bar. El disseny de PEP-II es va aprovar en 1993 i la construcció de l'accelerador va començar en 1994. Este mateix any es va publicar el document en la descripció detallada dels objectius científics i el detector de l'experiment. Les primeres colisions de partícules varen tindre lloc en juliol de 1998 i el detector es va instalar en maig de 1999. L'experiment va produir senyes fins al 7 d'abril de 2008.

La cessació d'operacions de l'accelerador no va supondre el fi de la colaboració, ya que es prevea que el reanálisis de les senyes en nous i més potents programes i computadores oferiria nous resultats. A finals de 2012, es va acceptar per a la publicació el 500.º artícul científic resultant de l'experiment. Durant el mateix any es varen fer plans per a preservar les senyes de l'experiment fins a a lo manco 2018.

Instrumentació

Diagrama del detector

L'experiment utilisava dos fas de partícules de l'anell d'almagasenament PEP-II: un fes d'electrons de 9 GeV i un fes de positrones de 3,1 GeV que colisionaven en el centre del detector. L'energia del fes s'ajustava de modo que l'energia en el centre de massa de referència corresponguera a la massa del posada ϒ(4S), lo suficientment pesat com per a desintegrar-se en un parell B-B&#;. L'asimetria en energia permetia medir la diferència de vida de les posades B per la diferència en les seues trayectòries abans de la desintegració. El detector era un instrument cilíndric compost de vàries capes:

Un detector de vèrtiços compost de cinc capes de silici de doble cara per a gravar una trayectografía precisa de les traces de partícules carregades prop del vèrtiç de colisió.

Una cambra de deriva (DCH) de fil, en 40 capes de celes, completava la gravació de la trayectòria i proporcionava una mida aproximada del moment de la partícula.

Un detector de radiació Cherenkov, que constava de 144 varetes fines de cuarzo dispostes cilíndricament. La radiació Cherenkov s'emet en el material a un àngul que depén de la velocitat de la partícula carregada, i per lo tant, per a un pols donat, la massa, prestant d'esta manera la possibilitat d'identificació del tipo de partícula. Els fotons es propaguen a lo llarc de les varetes per reflexió interna total, lo que preserva l'àngul d'emissió. A continuació la llum viajava una distància d'aproximadament un metro en un tanc d'aigua ultrapura i finalment era detectada per un fotomultiplicador.

Un calorímetro electromagnètic (CEM) compost de cristals centelleadores, en els que els electrons i els fotons generats durant l'event depositaven la major part de la seua energia, que era aixina mida.

Un electroimant, solenoide superconductor que generava un camp magnètic de 1,5 T. El camp electromagnètic de l'instrument curva la trayectòria de les traces, lo que permet la mida del moment de la partícula.

Un IFR, format per una grossa capa de canals de ferro que transportaven el fluix magnètic fora de l'iman, intercalados en detectors de partícules per a detectar els hadrones. Solament els muones poden passar a través d'un IFR sense deixar rastre, sent aixina identificats.