تجربة بيل 2

36°9′28″ شمالاً 140°4′30″ شرقاً / 36.15778° شمالاً 140.07500° شرقاً / 36.15778; 140.07500

تجربة Belle  II هي تجربة في فيزياء الجسيمات مصممة لدراسة خصائص ميزونات B (جسيمات ثقيلة تحتوي على كوارك سفلي ) وجسيمات أخرى. تُعد Belle  II خليفة لتجربة Belle ، وقد تم تشغيلها في مجمع مسرع SuperKEKB ^{[ 1 ]} في مركز KEK في تسوكوبا ، محافظة إيباراكي ، اليابان . تم نقل كاشف Belle II إلى نقطة تصادم SuperKEKB في أبريل 2017. ^{[ 2 ] [ 3 ]} بدأت Belle II في جمع البيانات في أوائل عام 2018. ^{[ 1 ]} من المتوقع أن تجمع Belle II، خلال فترة تشغيلها، بيانات أكثر بنحو 50 ضعفًا من سابقتها، ويعود ذلك في الغالب إلى زيادة قدرها 40 ضعفًا في اللمعان اللحظي الذي يوفره SuperKEKB مقارنةً بمسرع KEKB السابق . ^{[ 1 ]}   

لقد كانت العديد من التحليلات المثيرة للاهتمام لتجارب Belle و BaBar محدودة بسبب الشكوك الإحصائية، وهو ما كان الدافع الرئيسي لبناء جيل جديد من مصانع B - Belle II.

^تبلغ مجموعة البيانات المستهدفة 50,000 fb⁻¹ في Belle II ^{[ 4 ]} مقارنةً بـ 988 fb⁻¹ ⁽ مع 711 fb⁻¹ عند طاقة Υ(4S) ) ^في Belle. ^{[ 5 ]} وكانت مجموعة بيانات التشغيلات الناجحة من Belle II قبل الإغلاق الطويل الأول 424 ^fb⁻¹ ( مع 363 fb⁻¹ عند طاقة Υ(4S) ). ^{[ 6 ]} وتجاوزت مجموعة بيانات Belle II عند طاقة Υ(4S) مجموعة ^بيانات Belle في 17 مايو 2026 ^{[ 7 ]} ، ووصلت إلى 757 fb⁻¹ في 4 ^يونيو .      

ستتيح هذه المجموعة الضخمة من البيانات إجراء دراسات حول العمليات الفيزيائية النادرة، والتي كانت بعيدة المنال بالنسبة لتجارب e ⁺ e ⁻ السابقة، وتحسين دقة القياسات الفيزيائية التي تم قياسها بالفعل.

يتضمن برنامج الفيزياء في Belle II دراسات الجسيمات أو العمليات التالية: ^{[ 8 ]}

• ميزون بي
• سحر ميزون
• بوتومونيوم
• شارمونيوم
• تاو-ليبتون
• القطاع المظلم
• عمليات ذات تعددية منخفضة

سيتم تسجيل غالبية بيانات Belle II عند طاقة مركز الكتلة Upsilon(4S) ، بينما سيتم أخذ جزء صغير منها عند Upsilon(5S) وكعمليات مسح للطاقة.

يُعدّ كاشف Belle II كاشفًا عامًا للجسيمات عالية الطاقة، يتميز بتغطية شبه كاملة للزاوية المجسمة . وهو ذو شكل أسطواني لتغطية تصادمات الإلكترون ^{- بوزيترون} التي تحدث على محوره المركزي. ويتميز الكاشف بعدم تناظر اتجاه الحزمة، نظرًا لأن الطاقة الابتدائية لحزمة الإلكترونات أكبر من طاقة حزمة البوزيترونات. وقد خضع جزء كبير من كاشف Belle الأصلي للتحديث ^{[ 4 ]} لمواكبة الإضاءة اللحظية العالية التي يوفرها مُسرّع SuperKEKB . ^{[ 1 ]}

المكونات الرئيسية هي التالية، من الأنظمة الداخلية إلى الأنظمة الخارجية: ^{[ 4 ]}

• أنبوب شعاع من البريليوم على مسافة لا تقل عن 10  مم من الشعاع
• يتكون كاشف البكسل (PXD) من طبقتين أسطوانيتين من بكسلات ترانزستور تأثير المجال المستنفد (DEPFET)، ^{[ 9 ]} مما يوفر قياسًا دقيقًا لموقع مسارات الجسيمات المشحونة.  تبعد الطبقة الأولى 14 مم فقط عن الشعاع. حتى الآن، تم تركيب سلمَين فقط من الطبقة الثانية لكاشف البكسل. ^{[ 10 ]}
• كاشف رؤوس السيليكون (SVD) - يتكون من 8 طبقات من مستشعرات شرائح السيليكون مرتبة في أسطوانة، مع غطاء طرفي مائل باتجاه الإلكترونات لتغطية أفضل. يُشار أحيانًا إلى كاشفي SVD وPXD باسم كاشف VerteX (VXD). تم ضبط الحجم الكلي لكاشف VXD لتغطية معظم المناطق النموذجية.${\displaystyle K_{S}^{0}}$مسافة السفر.
• غرفة الانجراف المركزية (CDC) هي نظام تتبع مركزي لغرفة سلكية ، يوفر قياس الزخم والشحنة للجسيمات المشحونة الناتجة عن التصادمات بالإضافة إلى تحديد نوع الجسيمات (PID) من خلال ترسبات الطاقة الخاصة بها.
• يوفر كاشف التصوير الحلقي الهوائي تشيرينكوف ^{[ 11 ]} (aRICH) معلومات PID حول الجسيم المشحون الذي يسير في الاتجاه الأمامي.
• عداد وقت الانتشار (TOP) ^{[ 12 ]} يتكون من قضبان كوارتز تستخدم فوتونات تشيرينكوف المنعكسة داخليًا بالكامل وقياس وقت الانتشار، والذي يستخدم لـ PID.
• المسعر الكهرومغناطيسي (ECL) ^{[ 13 ]} عبارة عن مصفوفة مجزأة للغاية من بلورات يوديد السيزيوم CsI ( Tl ) المطعمة بالثاليوم، والمجمعة في هندسة إسقاطية لقياس طاقات جسيمات الحالة النهائية المحايدة مثل الفوتونات.${\displaystyle K_{L}^{0}}$والنيوترونات، وكذلك PID.
• الملف اللولبي فائق التوصيل، الذي يوفر مجالًا مغناطيسيًا بقوة 1.5 تسلا، والذي يعمل على ثني مسارات الجسيمات المشحونة في الحالة النهائية لقياس شحنتها وزخمها.
• ${\displaystyle K_{L}^{0}}$وكاشف الميون (KLM) ^{[ 14 ]} المستخدم لتحديد${\displaystyle K_{L}^{0}}$ترسبات الطاقة وكذلك بالنسبة لـ PID الميون .

أعمال البناء في غرفة الانجراف المركزية (CDC) لتجربة بيل 2

تم تقسيم عملية جمع البيانات لتجربة Belle II إلى ثلاث مراحل: ^{[ 15 ]}

• المرحلة الأولى - اكتملت في الفترة من فبراير إلى يونيو 2016: تشغيل SuperKEKB لتوصيف بيئة الحزمة؛
• المرحلة الثانية - بدأت في أوائل عام 2018، حيث تم تشغيلها بدون نظام التتبع الداخلي VXD القائم على السيليكون لقياس الإشعاع الخلفي الناتج عن الحزمة في نظام التتبع الداخلي. خلال هذه المرحلة، تم استبدال الكاشف الفرعي VXD بنظام Beam Exorcism for a Stable ExperimenT II أو BEAST II، والذي استُخدم لاختبار تقنيات تتبع مختلفة وإجمالي إضاءة متكاملة قدرها 500 بيكوبارن.${\displaystyle ^{-1}}$تم جمعها؛ ^{[ 16 ]}
• المرحلة الثالثة - بدأت في عام 2019: جمع البيانات باستخدام كاشف Belle II الكامل؛

في 22 نوفمبر 2018، اكتمل تركيب كاشف Belle II مع تركيب كاشف VerteX (VXD). ^{[ 17 ]} وفي 25 مارس 2019، تم رصد أولى تصادمات البرنامج الفيزيائي الفعلي. ^{[ 18 ]}

في 15 يونيو 2020، وصل جهاز SuperKEKB إلى مستوى إضاءة فوري قدره2.22 × 10³⁴ ^{سم⁻² ث⁻¹}  — متجاوزًا الرقم ^{القياسي} لمصادم الهادرونات الكبير ( LHC ) البالغ2.14 × 10³⁴ ^{سم⁻² ث⁻¹ تم}  تسجيلها بتصادمات البروتون-بروتون في عام 2018. وبعد بضعة أيام، دفع مرصد SuperKEKB الرقم القياسي للسطوع إلى2.4 × 10³⁴ ^{سم⁻² ث⁻¹ .} [  ¹⁹ ] في ^{يونيو 2022} ، تضاعف الرقم القياسي للسطوع تقريبًا إلى4.7 × 10 ³⁴  سم ⁻² ث ⁻¹ . ^{[ 20 ]}

تتم إدارة تجربة Belle II من قبل تعاون Belle II، ^{[ 21 ]} وهو مجتمع علمي دولي عالمي.

قام فريق تعاون Belle II بتصميم وإنتاج وتجميع تجربة Belle II، وهو يُشغّلها حاليًا. ويتولى الفريق معالجة بيانات التصادم المسجلة في التجربة، وإجراء تحليل البيانات، ونشر النتائج في شكل مقالات علمية ومحاضرات في المؤتمرات، وما إلى ذلك.

اعتبارًا من 5 أكتوبر 2023، ضمت 1174 عضوًا من 124 معهدًا و27 دولة حول العالم. ^{[ 22 ]}

في أكتوبر 2021، قام فريق تطوير البرمجيات ضمن مشروع Belle II Collaboration بنشر إطار عمل برمجيات تحليل Belle II أو basf2، ^{[ 23 ]} كبرنامج مفتوح المصدر على GitHub . ^{[ 24 ]}

هذه هي الحزمة الرئيسية المستخدمة لمحاكاة وإعادة بناء وتحليل أحداث التصادم المسجلة في تجربة Belle II، وهناك العديد من حزم الأقمار الصناعية المنفصلة الأخرى المستخدمة في DAQ وحساب الأخطاء المنهجية وما إلى ذلك.

تمت كتابة الواجهة الخلفية لمكتبات إعادة البناء والتحليل بلغة C++ ، ^{[ 25 ]} بينما تم تنفيذ توجيه التحليل والواجهة بلغة بايثون ^{[ 25 ]} .

• مصنع بي
• تذبذب B – B
• تجربة LHCb

•  صفحة الويب العامة لـ Belle II
• صفحة ويب تعاونية لفيلم Belle  II
• صفحة ويب السفينة الألمانية بيل 2
• بحث عن فيزياء جديدة - تجربة بيل 2
• نظرة على عالم الفيزياء الياباني الكبير - بيل 2
• رقم قياسي لتجربة SuperKEKB-Belle II على INSPIRE-HEP
• سجل لمشروع SuperKEKB على INSPIRE-HEP