تجربة بابار

تجربة BaBar ، أو ببساطة BaBar ، هي تعاون دولي يضم أكثر من 500 فيزيائي ومهندس يدرسون عالم الجسيمات دون الذرية عند طاقات تعادل عشرة أضعاف كتلة سكون البروتون تقريبًا (حوالي 10 جيجا إلكترون فولت ). وقد استُلهم تصميمها من دراسة انتهاك تناظر الشحنة والتكافؤ . تقع BaBar في مختبر SLAC الوطني للمسرعات ، الذي تديره جامعة ستانفورد لصالح وزارة الطاقة في كاليفورنيا . 

أُنشئت تجربة BaBar لفهم التباين بين محتوى المادة والمادة المضادة في الكون عن طريق قياس انتهاك تناظر الشحنة والتكافؤ . يُعد تناظر الشحنة والتكافؤ مزيجًا من تناظر اقتران الشحنة ( تناظر C) وتناظر التكافؤ (تناظر P)، حيث يُحفظ كل منهما على حدة باستثناء التفاعلات الضعيفة . تركز BaBar على دراسة انتهاك تناظر الشحنة والتكافؤ في نظام ميزون B. اسم التجربة مشتق من تسمية ميزون B (رمزه B ) وجسيمه المضاد (رمزه B ، ويُنطق Bbar ). وبناءً على ذلك، تم اختيار الفيل بابار ليكون تميمة التجربة .

إذا تحققت تناظرية CP، فينبغي أن يكون معدل اضمحلال ميزونات B وجسيماتها المضادة متساويًا. إلا أن تحليل الجسيمات الثانوية المُنتجة في كاشف BaBar أظهر أن هذا ليس هو الحال؛ ففي صيف عام 2002، نُشرت نتائج قاطعة استنادًا إلى تحليل 87 مليون حدث من أزواج ميزونات B / B ، تُظهر بوضوح عدم تساوي معدلات الاضمحلال. وقد توصلت تجربة Belle في مختبر KEK في اليابان إلى نتائج مماثلة .

كان انتهاك تناظر الشحنة الزوجية (CP) متوقعًا بالفعل من قِبل النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات ، وهو أمرٌ راسخٌ في نظام الكاون المتعادل ( أزواج ميزونات K / K ). وقد زادت تجربة BaBar من دقة القياس التجريبي لهذا التأثير. حاليًا، تتوافق النتائج مع النموذج القياسي ، ولكن قد يكشف المزيد من البحث في مجموعة أوسع من أنماط الاضمحلال عن اختلافات في المستقبل.

كاشف BaBar هو كاشف جسيمات متعدد الطبقات . يتيح تغطيته الواسعة للزاوية المجسمة (شبه محكمة الإغلاق )، وتحديد موقع الرؤوس بدقة تصل إلى 10 ميكرومتر (بفضل كاشف رؤوس من السيليكون)، والفصل الجيد بين البيونات والكاونات عند زخم متعدد الجيجا إلكترون فولت (بفضل كاشف تشيرينكوف مبتكر )، وقياس السعرات الكهرومغناطيسية بدقة عالية (بلورات CsI(Tl) المتلألئة)، إجراء العديد من الأبحاث العلمية الأخرى إلى جانب انتهاك تناظر الشحنة الزوجية (CP) في نظام ميزون B. ^{[ 1 ]} وتشمل هذه الأبحاث دراسات الاضمحلالات النادرة، والبحث عن الجسيمات الغريبة، والقياسات الدقيقة للظواهر المرتبطة بالميزونات التي تحتوي على كواركات القاع والسحر ، بالإضافة إلى الظواهر المرتبطة بلبتونات تاو . 

توقف جهاز الكشف BaBar عن العمل في 7 أبريل 2008، لكن تحليل البيانات لا يزال مستمراً.

كاشف BaBar أسطواني الشكل، وتتوسطه منطقة التفاعل. في هذه المنطقة، تصطدم إلكترونات طاقتها 9 جيجا إلكترون فولت بإلكترونات مضادة طاقتها 3.1 جيجا إلكترون فولت (تُسمى أحيانًا بوزيترونات ) لتُنتج طاقة تصادم مركزية تبلغ 10.58 جيجا إلكترون فولت، تُقابل رنين ϒ (4S) . يتحلل ϒ (4S) فورًا إلى زوج من ميزونات B - أي نصف الوقت الذي يستغرقه B ⁺   ب ^-ونصف الوقت B ⁰ب ^٠للكشف عن الجسيمات، توجد سلسلة من الأنظمة الفرعية مرتبة بشكل أسطواني حول منطقة التفاعل. وهذه الأنظمة الفرعية هي كالتالي، مرتبة من الداخل إلى الخارج:

• متتبع الرؤوس السيليكونية (SVT)

يتكون جهاز SVT من 5 طبقات من شرائح السيليكون ذات الوجهين، ويسجل مسارات الجسيمات المشحونة بالقرب من منطقة التفاعل داخل BaBar.

• غرفة الانجراف (DCH)

أقل تكلفة من السيليكون، تكشف طبقات الأسلاك الأربعون في حجرة الغاز هذه مسارات الجسيمات المشحونة حتى مسافة أكبر بكثير، مما يوفر قياسًا لزخمها. إضافةً إلى ذلك، يقيس جهاز DCH أيضًا فقد الطاقة للجسيمات أثناء مرورها عبر المادة. انظر صيغة بيث-بلوخ .

• كاشف ضوء تشيرينكوف المنعكس داخليًا (DIRC)

يتكون جهاز DIRC من 144 قضيبًا من السيليكا المنصهرة التي تشع وتركز إشعاع تشيرينكوف للتمييز بين الكاونات والبيونات .

• المسعر الكهرومغناطيسي (EMC)

يتكون جهاز EMC من 6580 بلورة من يوديد السيزيوم ، وهو يحدد الإلكترونات والإلكترونات المضادة، مما يسمح بإعادة بناء مسارات الجسيمات للفوتونات (وبالتالي للبيونات المتعادلة ( π ⁰)) و"الكاون الطويل" ( K_L )، وهي أيضًا محايدة كهربائيًا.

• مغناطيس

ينتج المغناطيس مجالًا بقوة 1.5 تسلا داخل الكاشف، مما يؤدي إلى انحناء مسارات الجسيمات المشحونة مما يسمح باستنتاج زخمها.

• عودة التدفق المُجهزة بالأجهزة (IFR)

صُمم جهاز IFR لإعادة تدفق المغناطيس ذي المجال المغناطيسي 1.5 تسلا ، لذا فهو مصنوع في معظمه من الحديد، ولكنه مزود أيضًا بأجهزة للكشف عن الميونات والكاونات الطويلة. ينقسم جهاز IFR إلى ستة أجزاء سداسية وغطاءين طرفيين. يحتوي كل جزء سداسي على فراغات كانت تضم 19 طبقة من حجرات الألواح المقاومة (RPC)، والتي استُبدلت في عامي 2004 و2006 بأنابيب التدفق المحدود (LST) المتداخلة مع النحاس الأصفر. يُستخدم النحاس الأصفر لزيادة الكتلة اللازمة لطول التفاعل، نظرًا لأن وحدات LST أقل كتلة بكثير من حجرات الألواح المقاومة. صُمم نظام LST لقياس الإحداثيات الأسطوانية الثلاثة للمسار: تحديد الأنبوب الذي تعرض للضرب يُعطي الإحداثي φ ، وتحديد الطبقة التي وقع فيها الاصطدام يُعطي الإحداثي ρ ، وأخيرًا، قياس الإحداثي z باستخدام المستويات z الموجودة أعلى أنابيب LST . 

في 9 أكتوبر 2005 ، سجل مصادم البوزيترون-الإلكترون PEP-II رقماً قياسياً ^في شدة الإضاءة بلغ ما يزيد قليلاً عن 1 × ^10³⁴ سم⁻² ^ث⁻¹ . ^{[ 2 ]} يُمثل هذا الرقم 330% من شدة الإضاءة التي صُمم مصادم PEP-II لتحقيقها، وقد تحقق هذا الرقم بالتزامن مع تسجيل رقم قياسي عالمي للتيار المُخزن في حلقة تخزين الإلكترونات عند 1.73 أمبير ، مقترناً برقم قياسي آخر بلغ 2.94 أمبير من البوزيترونات . "بالنسبة لتجربة BaBar، تعني شدة الإضاءة الأعلى توليد المزيد من التصادمات في الثانية، مما يُترجم إلى نتائج أكثر دقة والقدرة على رصد تأثيرات فيزيائية لم يكن من الممكن رؤيتها لولا ذلك." ^{[ 3 ]}  

في عام 2008، اكتشف فيزيائيو BaBar جسيم الطاقة الأدنى في عائلة كواركات بوتومونيوم، وهو η _b . وقال المتحدث باسم المشروع حسن جواهري : "لقد كانت هذه النتائج مطلوبة بشدة لأكثر من 30 عامًا، وسيكون لها تأثير مهم على فهمنا للتفاعلات القوية." ^{[ 4 ]}

في مايو 2012، أفاد بابار ^{[ 5 ]} أن البيانات التي تم تحليلها مؤخرًا قد تشير إلى انحرافات عن تنبؤات النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات. وقد رصدت التجارب اضمحلالين للجسيمات،${\displaystyle B\to D^{*}\tau \nu }$و${\displaystyle B\to D\tau \nu }$تحدث هذه الظاهرة بوتيرة أعلى مما يتوقعه النموذج القياسي. في هذا النوع من الاضمحلال، يتحلل ميزون B إلى ميزون D أو D*، وليبتون تاو، ومضاد نيوترينو. ^{[ 6 ]} على الرغم من أن دلالة الزيادة (3.4 سيجما) لا تكفي لتأكيد وجود خلل ما في النموذج القياسي، إلا أن النتائج تُعد مؤشرًا محتملاً على وجود مشكلة ما، ومن المرجح أن تؤثر على النظريات القائمة. في عام 2015، عززت نتائج تجربة LHCb وتجربة Belle الأدلة (إلى 3.9 سيجما) على وجود فيزياء محتملة تتجاوز النموذج القياسي في عمليات الاضمحلال هذه، ولكنها لا تزال دون مستوى الدلالة المعياري الذهبي (5 سيجما). ^{[ 7 ]}

• مصنع بي
• تذبذب B-Bbar

• "تجربة بابار تؤكد عدم تناسق الوقت" .
• الموقع الرسمي لبابار
• الصفحة الرئيسية العامة لبابار
• تقرير عن إعلان عام 2001 بشأن اكتشاف انتهاك لقوانين حماية الطفل. مؤرشف بتاريخ 23 فبراير 2007 على موقع Wayback Machine.
• فيديو على يوتيوب لغرفة التحكم في شركة بابار ، 30 أبريل 2007
• سجل تجربة BaBar على INSPIRE-HEP