LHCb deneyi - LHCb experiment

Koordinatlar : 46°14′28″K 06°05′49″E / 46.24111°K 6.09694°D / 46.24111; 6.09694

Büyük Hadron Çarpıştırıcısı
(LHC)

LHC deneyleri
ATLAS	Toroidal LHC Aparatı
İYS	Kompakt Müon Solenoidi
LHCb	LHC-güzellik
ALICE	Büyük Bir İyon Çarpıştırıcı Deneyi
TOTEM	Toplam Kesit, Elastik Saçılma ve Kırınım Ayrışması
LHCf	LHC-ileri
MoEDAL	LHC'de Monopol ve Exotics Dedektörü
FAZER	İleri Arama Deneyi
LHC ön hızlandırıcıları
p ve Pb	Protonlar (Linac 4) ve kurşun (Linac 3) için doğrusal hızlandırıcılar
(işaretlenmemiş)	Proton Senkrotron Güçlendirici
PS	Proton Senkrotron
SPS	Süper Proton Senkrotron

LHCb ( Large Hadron Collider beauty ) deneyi veri toplama sekiz parçacık fiziği detektörü deneylerinden biri olan Büyük Hadron Çarpıştırıcısı de CERN'e . LHCb, öncelikle b- hadronların (bir alt kuark içeren ağır parçacıklar) etkileşimlerindeki CP ihlali parametrelerini ölçmek için tasarlanmış özel bir b-fizik deneyidir . Bu tür çalışmalar , Evrenin madde-antimadde asimetrisini açıklamaya yardımcı olabilir . Dedektör ayrıca ileri bölgede üretim kesitleri, egzotik hadron spektroskopisi, çekicilik fiziği ve elektrozayıf fiziği ölçümlerini gerçekleştirebilir . Deneyden elde edilen verileri oluşturan, işleten ve analiz eden LHCb işbirliği, 16 ülkeyi temsil eden 74 bilimsel enstitüden yaklaşık 1260 kişiden oluşuyor. Chris Parkes , 1 Temmuz 2020'de Giovanni Passaleva (2017-2020 sözcüsü) ile işbirliğinin sözcüsü olarak başarılı oldu . Deney için LHC tünel kapanırken noktasında 8 bulunmaktadır Ferney-Voltaire , Fransa sadece sınırından Cenevre . (Küçük) MoEDAL deneyi aynı mağarayı paylaşıyor.

Fizik hedefleri

Deney, ağır lezzet (hem güzellik hem de çekicilik), elektrozayıf ve kuantum renk dinamiği (QCD) fiziğinin birçok önemli yönünü kapsayan geniş bir fizik programına sahiptir . B mezonlarını içeren altı anahtar ölçüm tanımlanmıştır. Bunlar, 2010-2012'de çalışan ilk yüksek enerjili LHC için çekirdek fizik programını oluşturan bir yol haritası belgesinde açıklanmıştır. İçerirler:

• Nadir B _s → μ ⁺ μ ⁻ bozunmasının dallanma oranının ölçülmesi .
• Lezzet değiştiren nötr akımda müon çiftinin ileri-geri asimetrisinin ölçülmesi B _d → K ^* μ ⁺ μ ⁻ bozunma. Böyle bir tat değiştiren nötr akım, Parçacık Fiziğinin Standart Modelinde ağaç seviyesinde gerçekleşemez ve sadece kutu ve döngü Feynman diyagramları aracılığıyla gerçekleşir; bozunmanın özellikleri yeni fizik tarafından güçlü bir şekilde değiştirilebilir.
• B _s salınımları olan ve olmayan bozunmalar arasındaki girişimin neden olduğu B _s → J/ψ φ bozunmasında CP'yi ihlal eden fazın ölçülmesi . Bu aşama, Standart Modeldeki en küçük teorik belirsizliğe sahip CP gözlemlenebilirlerinden biridir ve yeni fizik tarafından önemli ölçüde değiştirilebilir.
• Işınımsal B bozunmalarının ölçüm özellikleri, yani B mezon son hallerinde fotonlarla bozunur. Spesifik olarak, bunlar yine lezzet değiştiren nötr akım bozunmalarıdır.
• Üniter üçgen açısının γ ağaç düzeyinde belirlenmesi .
• Charmless yüklü iki cisim B bozulur.

LHCb dedektörü

İki b-hadronunun ağırlıklı olarak aynı ileri koni içinde üretilmesi gerçeği, LHCb dedektörünün düzeninde kullanılır. LHCb dedektörü, yatay düzlemde 10 ila 300 miliradyan (mrad) ve dikey düzlemde 250 mrad kutupsal açısal kapsama sahip tek kollu bir ileri spektrometredir . Asimetri yatay ve dikey düzlem arasında büyük belirlenir çift kutuplu bir mıknatıs dikey yönde ana alan bileşeni.

alt sistemler

Vertex Locator (VELO), proton etkileşim bölgesi etrafında inşa edilmiştir. Birincil ve ikincil köşeleri kesin olarak ayırmak için etkileşim noktasına yakın parçacık yörüngelerini ölçmek için kullanılır.

Dedektör, LHC ışınından 7 milimetre (0,28 inç) uzaklıkta çalışır. Bu, muazzam bir parçacık akışı anlamına gelir; VELO fazla 10 entegre akızamanları dayanacak şekilde dizayn edilmiştir ¹⁴  p / cm ² yaklaşık üç yıllık bir süre için her yıl. Dedektör vakumda çalışır ve iki fazlı bir CO ₂ sistemi kullanılarak yaklaşık -25 °C'ye (-13 °F) soğutulur . VELO dedektörünün verileri, Beetle ASIC tarafından büyütülür ve okunur .

RICH-1 dedektörü ( Halka görüntüleme Cherenkov dedektörü ) tepe dedektöründen hemen sonra bulunur. Düşük momentumlu izlerin parçacık tanımlaması için kullanılır .

Ana takip sistemi dipol mıknatısın önüne ve arkasına yerleştirilmiştir. Kullanılır yeniden yörüngelerinin yüklü parçacıklar ve momentumlarının ölçmek için uygulanır. İzleyici üç alt algılayıcıdan oluşur:

• Tracker Turicensis, LHCb dipol mıknatısının önüne yerleştirilmiş bir silikon şerit dedektörü
• Dış İzleyici. Dedektör kabulünün dış kısmını kaplayan dipol mıknatıstan sonra bulunan pipet tabanlı bir dedektör
• Inner Tracker, silikon şerit bazlı dedektör, dedektörün iç kısmını kaplayan dipol mıknatıstan sonra yer alır.

Takip sistemi RICH-2'dir. Yüksek momentumlu izlerin parçacık tipinin tanımlanmasını sağlar.

Elektromanyetik ve hadronik kalorimetrelerin ölçümlerini sağlamak enerji ve elektron , foton ve hadronların . Bu ölçümler, büyük enine momentumlu parçacıkları (yüksek Pt parçacıkları) tanımlamak için tetik düzeyinde kullanılır .

Müon sistemi, olaylarda müonları tespit etmek ve onları tetiklemek için kullanılır .

LHCb yükseltmesi (2019-2021)

2018'in sonunda, LHC yükseltmeler için kapatıldı ve şu anda 2022'nin başlarında yeniden başlatma planlanıyor. LHCb dedektörü için neredeyse tüm alt dedektörler modernize edilecek veya değiştirilecek. Modernize edilmiş bir köşe bulucu, yukarı akış izleyici (UT) ve sintilatör fiber izleyiciden (SciFi) oluşan tamamen yeni bir izleme sistemine sahip olacak. RICH dedektörleri de tüm dedektör elektroniğinin yanı sıra güncellenecektir. Bununla birlikte, en önemli değişiklik, deneyin tam yazılım tetikleyicisine geçiştir; bu, kaydedilen her çarpışmanın, bir ara donanım filtreleme adımı olmadan (geçmişte bir darboğaz olduğu tespit edilen) karmaşık yazılım programları tarafından analiz edileceği anlamına gelir.

Sonuçlar

2011 proton-proton çalışma sırasında, LHCb 1 fb entegre bir parlaklık kaydedilen ^-1 7 TEV bir çarpışma enerjisinde gerçekleşmiştir. 2012 yılında , 8 TeV enerjide yaklaşık 2 fb ^-1 toplanmıştır. 2015-2018 döneminde (LHC'nin 2. Çalışması), 13 TeV kütle merkezi enerjisinde yaklaşık 6 fb ^-1 toplanmıştır. Ayrıca proton-kurşun, kurşun-kurşun ve ksenon-ksenon çarpışmalarında küçük örnekler toplandı. LHCb tasarımı ayrıca VELO hacminin içine enjekte edilen bir gazla (helyum veya neon) parçacık demetlerinin çarpışmalarının incelenmesine de izin vererek, onu sabit hedefli bir deneye benzer hale getirdi; bu kuruluma genellikle "SMOG" denir. Bu veri kümeleri, birçok ek ölçümle birlikte hassas Standart Model testlerinin fizik programını yürütmek için işbirliğine izin verir. 2021 itibariyle, LHCb 500'den fazla bilimsel makale yayınladı.

hadron spektroskopisi

LHCb güzellik ve çekicilik hadronlarını incelemek için tasarlanmıştır . Gizemli X(3872) gibi bilinen parçacıkların kesinlik çalışmalarına ek olarak, deney tarafından bir dizi yeni hadron keşfedildi. 2021 itibariyle, dört LHC deneyinin tamamı, büyük çoğunluğu LHCb tarafından olmak üzere toplamda yaklaşık 60 yeni hadron keşfetti. 2015 yılında, dip lambda baryonlarının bozunmasının analizi (Λ⁰
_b) LHCb deneyinde , "kazara" bir keşif olarak tanımlanan şeyde, pentakuarkların bariz varlığını ortaya çıkardı . Diğer dikkate değer bulgular, "çift charmed" baryon'ait olanlardır 2017 yılında, bir bilinen ilk olarak baryonların iki ağır kuark ile; ve 2020'de iki tılsım kuarktan ve iki tılsım antikuarktan oluşan tamamen büyülenmiş tetrakuark . ${\displaystyle \Xi _{\rm {cc}}^{++}}$${\displaystyle \mathrm {T} _{\rm {cccc}}}$

LHCb'de keşfedilen hadronlar. Baryonlar ve mezonlar için 'uyarılmış' terimi, aynı kuark içeriği ve izospin ile daha düşük kütleli bir durumun varlığı anlamına gelir.

	kuark içeriği	parçacık adı	Tip	keşif yılı
1	${\displaystyle {\rm {tomurcuk}}}$	${\displaystyle \Lambda _{\rm {b}}(5912)^{0}}$	heyecanlı baryon	2012
2	${\displaystyle {\rm {tomurcuk}}}$	${\displaystyle \Lambda _{\rm {b}}(5920)^{0}}$	heyecanlı baryon	2012
3	${\displaystyle {\rm {c{\bar {u}}}}}$	${\displaystyle {\rm {D_{J}(2580)^{0}}}}$	heyecanlı mezon	2013
4	${\displaystyle {\rm {c{\bar {u}}}}}$	${\ Displaystyle {\rm {D_{J}(2740)^{0}}}}$	heyecanlı mezon	2013
5	${\displaystyle {\rm {c{\bar {d}}}}}$	${\displaystyle {\rm {D_{J}^{*}(2760)^{+}}}}$	heyecanlı mezon	2013
6	${\displaystyle {\rm {c{\bar {u}}}}}$	${\displaystyle {\rm {D_{J}(3000)^{0}}}}$	heyecanlı mezon	2013
7	${\displaystyle {\rm {c{\bar {u}}}}}$	${\displaystyle {\rm {D_{J}^{*}(3000)^{0}}}}$	heyecanlı mezon	2013
8	${\displaystyle {\rm {c{\bar {d}}}}}$	${\ Displaystyle {\rm {D_{J}^{*}(3000)^{+}}}}$	heyecanlı mezon	2013
9	${\displaystyle {\rm {c{\bar {s}}}}}$	${\ Displaystyle {\rm {D_{s1}^{*}(2860)^{+}}}}$	heyecanlı mezon	2014
10	${\displaystyle {\rm {bsd}}}$	${\displaystyle \Xi _{\rm {b}}^{'-}}$	heyecanlı baryon	2014
11	${\displaystyle {\rm {bsd}}}$	${\displaystyle \Xi _{\rm {b}}^{*-}}$	heyecanlı baryon	2014
12	${\displaystyle {\rm {{\bar {b}}u}}}$	${\ Displaystyle {\rm {B_{J}(5840)^{+}}}}$	heyecanlı mezon	2015
13	${\displaystyle {\rm {{\bar {b}}d}}}$	${\displaystyle {\rm {B_{J}(5840)^{0}}}}$	heyecanlı mezon	2015
14	${\displaystyle {\rm {{\bar {b}}u}}}$	${\ Displaystyle {\rm {B_{J}(5970)^{+}}}}$	heyecanlı mezon	2015
15	${\displaystyle {\rm {{\bar {b}}d}}}$	${\ Displaystyle {\rm {B_{J}(5970)^{+}}}}$	heyecanlı mezon	2015
16	${\displaystyle {\rm {c{\bar {c}}uud}}}$	${\ Displaystyle {\rm {P_{c}(4380)^{+}}}}$	Pentakuark	2015
17	${\displaystyle {\rm {c{\bar {c}}s{\bar {s}}}}}$	${\görüntüleme stili {\rm {X(4274)}}}$	tetrakuark	2016
18	${\displaystyle {\rm {c{\bar {c}}s{\bar {s}}}}}$	${\ Displaystyle {\rm {X(4500)}}}$	tetrakuark	2016
19	${\displaystyle {\rm {c{\bar {c}}s{\bar {s}}}}}$	${\görüntüleme stili {\rm {X(4700)}}}$	tetrakuark	2016
20	${\displaystyle {\rm {c{\bar {u}}}}}$	${\ Displaystyle {\rm {D_{3}^{*}(2760)^{0}}}}$	heyecanlı mezon	2016
21	${\displaystyle {\rm {göğüs}}}$	${\displaystyle \Lambda _{\rm {c}}(2860)^{+}}$	heyecanlı baryon	2017
22	${\displaystyle {\rm {css}}}$	${\displaystyle \Omega _{\rm {c}}(3000)^{0}}$	heyecanlı baryon	2017
23	${\displaystyle {\rm {css}}}$	${\displaystyle \Omega _{\rm {c}}(3050)^{0}}$	heyecanlı baryon	2017
24	${\displaystyle {\rm {css}}}$	${\displaystyle \Omega _{\rm {c}}(3066)^{0}}$	heyecanlı baryon	2017
25	${\displaystyle {\rm {css}}}$	${\displaystyle \Omega _{\rm {c}}(3090)^{0}}$	heyecanlı baryon	2017
26	${\displaystyle {\rm {css}}}$	${\displaystyle \Omega _{\rm {c}}(3119)^{0}}$	heyecanlı baryon	2017
27	${\ Displaystyle {\rm {ccu}}}$	${\displaystyle \Xi _{\rm {cc}}^{++}}$	baryon	2017
28	${\displaystyle {\rm {bsd}}}$	${\displaystyle \Xi _{\rm {b}}(6227)^{-}}$	heyecanlı baryon	2018
29	${\displaystyle {\rm {buu}}}$	${\displaystyle \Sigma _{\rm {b}}(6097)^{+}}$	heyecanlı baryon	2018
30	${\ Displaystyle {\rm {bdd}}}$	${\displaystyle \Sigma _{\rm {b}}(6097)^{-}}$	heyecanlı baryon	2018
31	${\displaystyle {\rm {c{\bar {c}}}}}$	${\görüntüleme stili \psi_{3}(3842)}$	heyecanlı mezon	2019
32	${\displaystyle {\rm {c{\bar {c}}uud}}}$	${\displaystyle {\rm {P_{c}(4312)^{+}}}}$	Pentakuark	2019
33	${\displaystyle {\rm {c{\bar {c}}uud}}}$	${\displaystyle {\rm {P_{c}(4440)^{+}}}}$	Pentakuark	2019
34	${\displaystyle {\rm {c{\bar {c}}uud}}}$	${\ Displaystyle {\rm {P_{c}(4457)^{+}}}}$	Pentakuark	2019
35	${\displaystyle {\rm {tomurcuk}}}$	${\displaystyle \Lambda _{\rm {b}}(6146)^{0}}$	heyecanlı baryon	2019
36	${\displaystyle {\rm {tomurcuk}}}$	${\displaystyle \Lambda _{\rm {b}}(6152)^{0}}$	heyecanlı baryon	2019
37	${\görüntüleme stili {\rm {bss}}}$	${\displaystyle \Omega _{\rm {b}}(6340)^{-}}$	heyecanlı baryon	2020
38	${\görüntüleme stili {\rm {bss}}}$	${\displaystyle \Omega _{\rm {b}}(6350)^{-}}$	heyecanlı baryon	2020
39	${\displaystyle {\rm {tomurcuk}}}$	${\displaystyle \Lambda _{\rm {b}}(6070)^{0}}$	heyecanlı baryon	2020
40	${\displaystyle {\rm {csd}}}$	${\displaystyle \Xi _{\rm {c}}(2923)^{0}}$	heyecanlı baryon	2020
41	${\displaystyle {\rm {csd}}}$	${\displaystyle \Xi _{\rm {c}}(2939)^{0}}$	heyecanlı baryon	2020
42	${\displaystyle {\rm {cc{\bar {c}}{\bar {c}}}}}$	${\ Displaystyle {\rm {T_{cccc}}}}$	tetrakuark	2020
43	${\displaystyle {\rm {{\bar {c}}d{\bar {s}}u}}}$	${\görüntüleme stili {\rm {X_{0}(2900)}}}$	tetrakuark	2020
44	${\displaystyle {\rm {{\bar {c}}d{\bar {s}}u}}}$	${\displaystyle {\rm {X_{1}(2900)}}}$	tetrakuark	2020
45	${\ Displaystyle {\rm {bsu}}}$	${\displaystyle \Xi _{\rm {b}}(6227)^{0}}$	heyecanlı baryon	2020
46	${\displaystyle {\rm {{\bar {b}}s}}}$	${\displaystyle {\rm {B_{s}(6063)^{0}}}}$	heyecanlı mezon	2020
47	${\displaystyle {\rm {{\bar {b}}s}}}$	${\displaystyle {\rm {B_{s}(6114)^{0}}}}$	heyecanlı mezon	2020
48	${\displaystyle {\rm {c{\bar {s}}}}}$	${\displaystyle {\rm {D_{s0}(2590)^{+}}}}$	heyecanlı mezon	2020
49	${\displaystyle {\rm {c{\bar {c}}s{\bar {s}}}}}$	${\görüntüleme stili {\rm {X(4630)}}}$	tetrakuark	2021
50	${\displaystyle {\rm {c{\bar {c}}s{\bar {s}}}}}$	${\görüntüleme stili {\rm {X(4685)}}}$	tetrakuark	2021
51	${\displaystyle {\rm {c{\bar {c}}u{\bar {s}}}}}$	${\ Displaystyle {\rm {Z_{cs}(4000)^{+}}}}$	tetrakuark	2021
52	${\displaystyle {\rm {c{\bar {c}}u{\bar {s}}}}}$	${\displaystyle {\rm {Z_{cs}(4220)^{+}}}}$	tetrakuark	2021

CP ihlali ve karıştırma

Çalışmaları şarj-parite (CP) ihlali B-mezon bozunur içinde LHCb deneyinin birincil tasarım hedefidir. 2021 itibariyle, LHCb ölçümleri, CKM üniterlik üçgeni tarafından açıklanan resmi dikkate değer bir hassasiyetle doğrulamaktadır . Üniterlik üçgeninin açısı şimdi yaklaşık 4° olarak bilinmektedir ve dolaylı belirlemelerle uyumludur. ${\displaystyle \gamma \,\,(\alpha _{3})}$

2019'da LHCb, tılsım mezonlarının çürümelerinde CP ihlali keşfettiğini duyurdu. Kaons veya B mezonları dışındaki parçacıkların bozunmalarında CP ihlali ilk kez görülmektedir. Gözlenen CP asimetrisinin oranı, mevcut teorik tahminlerin üst sınırındadır, bu da parçacık teorisyenleri arasında fiziğin Standart Modelin ötesindeki olası etkisine ilişkin bir miktar ilgiyi tetiklemiştir.

2020'de LHCb, B _s mezonlarının bozunmalarında zamana bağlı CP ihlali keşfettiğini duyurdu . B _s mezonlarının antiparçacıklarına salınım frekansı ve bunun tersi 2021'de büyük bir hassasiyetle ölçüldü.

Nadir bozulmalar

Nadir bozunmalar, Standart Modelde sert bir şekilde bastırılan bozunma modlarıdır, bu da onları henüz bilinmeyen fizik mekanizmalarından kaynaklanan potansiyel etkilere duyarlı hale getirir.

2014 yılında, LHCb ve CMS deneyleri, Nature'da , oranı Standart Model tahminlerine yakın bulunan çok nadir bozunmanın keşfini açıklayan ortak bir makale yayınladı . Bu ölçüm, hızda büyük bir artış öngören süpersimetri teorilerinin olası parametre uzayını sert bir şekilde sınırladı. O zamandan beri, LHCb bu bozunma modunda daha kesin ölçümler içeren birkaç makale yayınladı. ${\displaystyle \mathrm {B} _{\rm {s}}^{0}\to \mu ^{+}\mu ^{-}}$

B mezonlarının birkaç nadir bozunmasında anomaliler bulundu. Sözde açısal gözlemlenebilirlikteki en ünlü örnek , veriler ile teorik tahmin arasındaki sapmanın yıllarca sürdüğü çürümede bulundu . Birkaç nadir bozunmanın bozunma oranları da teorik tahminlerden farklıdır, ancak ikincisi oldukça büyük belirsizliklere sahiptir. ${\displaystyle \mathrm {P} _{5}^{'}}$${\displaystyle \mathrm {B} ^{0}\to \mathrm {K} ^{*0}\mu ^{+}\mu ^{-}}$

Lepton lezzet evrenselliği

Standart Modelde, yüklü leptonların (elektron, müon ve tau lepton) ayar bozonlarına bağlanmasının, lepton kütlelerinden ortaya çıkan tek farkla aynı olması beklenir. Bu varsayıma "lepton aroma evrenselliği" denir. Sonuç olarak, b hadronların bozunmalarında elektronlar ve müonlar benzer oranlarda üretilmelidir ve lepton kütlelerinden kaynaklanan küçük fark tam olarak hesaplanabilir.

LHCb bozunma hızı ile karşılaştırılması, bu tahminler sapmaları bulmuştur dekine ve benzer işlemlerde. Ancak söz konusu bozulmalar çok nadir olduğu için kesin sonuçlara varmak için daha büyük bir veri setinin analiz edilmesi gerekmektedir. ${\displaystyle \mathrm {B} ^{+}\to \mathrm {K} ^{+}\mu ^{+}\mu ^{-}}$${\displaystyle \mathrm {B} ^{+}\to \mathrm {K} ^{+}\mathrm {e} ^{+}\mathrm {e} ^{-}}$

Mart 2021'de LHCb, lepton evrenselliğindeki anomalinin "3 sigma " istatistiksel anlamlılık eşiğini geçtiğini ve bu da %0,1'lik bir p-değerine karşılık geldiğini duyurdu . Sembolün belirli bir bozunma olma olasılığını ifade ettiği ölçülen değeri , Standart Modelin birliğe çok yakın olduğunu tahmin ederken bulunmuştur . ${\displaystyle R_{\rm {K}}={\frac {{\mathcal {B}}(\mathrm {B} ^{+}\to \mathrm {K} ^{+}\mu ^{+} \mu ^{-})}{{\mathcal {B}}(\mathrm {B} ^{+}\to \mathrm {K} ^{+}\mathrm {e} ^{+}\mathrm {e } ^{-})}}}$${\görüntüleme stili {\matematiksel {B}}}$${\ Displaystyle 0.846_{-0.041}^{+0.044}}$

Diğer ölçümler

LHCb, kuantum renk dinamiği, elektrozayıf fizik çalışmalarına katkıda bulundu ve astropartikül fiziği için kesit ölçümleri sağladı.

Ayrıca bakınız

• B-fabrika

Referanslar

Dış bağlantılar

• İlgili Medya LhcB Wikimedia Commons
• LHCb Genel Web Sayfası
• ABD/LHC Web Sitesinden LHCb bölümü
• A. Augusto Alves Jr. et al. (LHCb İşbirliği) (2008). "LHC'deki LHCb Dedektörü" . Enstrümantasyon Dergisi . 3 (8): S08005. Bibcode : 2008JInst...3S8005T . doi : 10.1088/1748-0221/3/08/S08005 . hdl : 10251/54510 . (Tam tasarım belgeleri)