Natuurkundigen van de Universiteit van Cincinnati vierden een nieuw wereldrecord als onderdeel van een onderzoeksteam dat werkte aan een Japanse deeltjesversneller.

De SuperKEKB-botser observeerde een recordsnelheid van deeltjesbotsingen, helderheid genoemd, sinds de lancering in 2018. En dit is nog maar het begin. Verwacht wordt dat de botser dat record de komende jaren 40 keer zal overtreffen, terwijl onderzoekers proberen de basisprincipes van het universum uit te leggen.

UC-natuurkundigen Kay Kinoshita en Alan Schwartz onderzoeken verschillende onderwerpen, waaronder donkere materie, waarvan wordt aangenomen dat het de meerderheid van de materie in het universum uitmaakt, maar dat niet is waargenomen, in ieder geval direct.

"We hopen dat ons versnellerexperiment donkere materie kan detecteren als het bestaat op een manier die nog niet eerder is onderzocht, ' zei Kinoshita.

Meer botsingen betekenen meer kans om puzzels van deeltjesfysica te onderzoeken die kunnen helpen bij het verklaren van fundamentele krachten in het universum:zoals waarom materie de overhand heeft op antimaterie. De versneller vuurt positronen en elektronen op elkaar af rond een ring van 3 kilometer. Als ze botsen, ze creëren vaak nieuwe materie.

"We observeren donkere materie indirect vanuit astronomische waarnemingen. De vraag is wat het is?" zei Kinoshita. "Dit experiment zoekt in nieuwe hoeken van mogelijkheden die zijn geopend."

Deeltjesfysici zijn vooral enthousiast over SuperKEKB vanwege het potentieel voor het observeren van meer ongewone verschijnselen.

Schwartz en zijn studenten ontwierpen en bouwden een van de deeltjesdetectoren bij de botser. Ze gebruikten nauwkeurig vervaardigde staven van kwarts van optische kwaliteit die ze ter plaatse assembleerden om nieuwe deeltjes te identificeren die door de botsingen waren ontstaan.

"Deze mijlpaal vertegenwoordigt een aanzienlijke vooruitgang in het ontwerp van versnellers, "Zei Schwartz. "Het gaspedaal gebruikt de zogenaamde 'nano-beams'-benadering, waarbij de balken in verticale richting worden samengedrukt om erg dun te worden."

Schwartz zei dat dit de kans aanzienlijk vergroot dat elektronen botsen met positronen die met bijna de lichtsnelheid op elkaar afkomen.

Schwartz zei dat SuperKEKB de dubbele bundels nog meer zal afvlakken tot slechts 60 nanometer, of minder dan 1% van de diameter van een mensenhaar. Hetzelfde, de versneller zal meer elektronen en positronen genereren om meer botsingen en meer gegevens te genereren.

De wereldwijde pandemie heeft het internationale reizen voor de UC-fysici onderbroken. Maar SuperKEKB is blijven draaien, en het Belle II-experiment om gegevens te verzamelen, dankzij leden over de hele wereld die de klok rond de klok rond de werking ervan in de gaten houden. Kinoshita voltooide de opleiding om toezicht te houden op een van deze externe diensten.

"Het is behoorlijk intens. Deze experimenten zijn ongelooflijk complex. Er kunnen zoveel dingen mis gaan, " ze zei.

Maar Kinoshita heeft zich haar hele 38-jarige academische carrière op dit experiment voorbereid. Ze werkt sinds 1982 in de experimentele deeltjesfysica.

"Het is leuk omdat het een uitdaging is. Je weet dat je aan dingen werkt waar nog nooit iemand aan heeft gewerkt, " ze zei.