Het Belle II-experiment verzamelt al ongeveer een jaar gegevens van fysieke metingen. Na een aantal jaren van verbouwingswerken, zowel de SuperKEKB elektron-positron-versneller en de Belle II-detector zijn verbeterd in vergelijking met hun voorgangers om een ​​40 keer hogere datasnelheid te bereiken.

Wetenschappers van 12 instituten in Duitsland zijn betrokken bij de bouw en het gebruik van de detector, het ontwikkelen van evaluatie-algoritmen en het analyseren van de gegevens. Het Max Planck Instituut voor Natuurkunde heeft een substantiële bijdrage geleverd aan de ontwikkeling van de zeer gevoelige binnenste detector, de Pixel Vertex-detector.

Met de hulp van Belle II, wetenschappers zijn op zoek naar sporen van nieuwe fysica die de ongelijke aanwezigheid van materie en antimaterie en de mysterieuze donkere materie zouden kunnen verklaren. Een van de tot nu toe onontdekte deeltjes waarnaar de Belle II-detector op zoek is, is het Z′-boson - een variant van het Z-boson, dat fungeert als een uitwisselingsdeeltje voor de zwakke interactie.

Zo ver we weten, ongeveer 25% van het heelal bestaat uit donkere materie, terwijl zichtbare materie iets minder dan 5% van het energiebudget uitmaakt. Beide vormen van materie trekken elkaar aan door de zwaartekracht. Donkere materie vormt zo een soort sjabloon voor de verdeling van zichtbare materie. Dit is te zien, bijvoorbeeld, in de rangschikking van sterrenstelsels in het heelal.

Verband tussen donkere en normale materie

Het Z′-deeltje kan een interessante rol spelen in de interactie tussen donkere en zichtbare materie, (d.w.z., het zou een soort bemiddelaar kunnen zijn tussen de twee vormen van materie). Het Z′-boson kan - althans theoretisch - het gevolg zijn van de botsing van elektronen (materie) en positronen (antimaterie) in de SuperKEKB en vervolgens vervallen tot onzichtbare donkere materiedeeltjes.

Zo kan het Z′-deeltje wetenschappers helpen het gedrag van donkere materie te begrijpen. Bovendien, de ontdekking van het Z′-deeltje zou ook andere waarnemingen kunnen verklaren die niet consistent zijn met het standaardmodel, de fundamentele theorie van de deeltjesfysica.

Belangrijke aanwijzing:detectie van muonparen

Maar hoe kan het Z′-boson worden gedetecteerd in de Belle II-detector? Niet direct, zoveel is zeker. Theoretische modellen en simulaties voorspellen dat het Z′-deeltje zichzelf zou kunnen openbaren door interacties met muonen, de zwaardere verwanten van elektronen. Als wetenschappers een ongewoon hoog aantal muonparen met tegengestelde lading ontdekken na de elektron/positron-botsingen, evenals onverwachte afwijkingen in energie- en momentumbehoud, dit zou een belangrijke indicatie zijn van het Z′-boson.

Echter, de nieuwe Belle II-gegevens hebben nog geen indicatie gegeven van het Z′-boson. Maar met de nieuwe gegevens de wetenschappers kunnen de massa en koppelingssterkten van het Z′-deeltje beperken met een voorheen onbereikbare nauwkeurigheid.

meer gegevens, nauwkeurigere analyses

"Ondanks de nog kleine hoeveelheid data, we kunnen nu metingen doen die nog nooit eerder zijn gedaan, " zegt de woordvoerder van de Duitse groepen, Dr. Thomas Kuhr van de Ludwig Maximilian Universiteit van München. "Dit onderstreept de belangrijke rol van het Belle II-experiment in de studie van elementaire deeltjes."

Deze eerste resultaten zijn afkomstig van de analyse van een kleine hoeveelheid gegevens verzameld tijdens de opstartfase van SuperKEKB in 2018. Belle II ging op 25 maart volledig in bedrijf, 2019. Sindsdien het experiment heeft gegevens verzameld terwijl de botsingssnelheid van elektronen en positronen voortdurend werd verbeterd.

Als het experiment perfect is afgestemd, het zal aanzienlijk meer gegevens opleveren dan in de recent gepubliceerde analyses. Zo hopen de natuurkundigen nieuwe inzichten te krijgen in de aard van donkere materie en andere onbeantwoorde vragen.