Depuis le 25 mars, 2019, l'instrument détecteur Belle II au Japon a mesuré les collisions de particules générées dans l'accélérateur SuperKEKB. Le nouveau duo produit plus de 50 fois plus de collisions que son prédécesseur. L'énorme augmentation des données signifie qu'il y a maintenant une plus grande chance d'expliquer le déséquilibre entre la matière et l'antimatière dans l'univers.

Dans l'expérience Belle II, les électrons et leurs antiparticules, positons, sont dirigés vers la collision. Il en résulte la génération de mésons B, couples constitués d'un quark et d'un anti-quark. Lors d'expériences antérieures (Belle et BaBar), les scientifiques ont pu observer que les mésons B et les mésons anti-B se désintègrent à des vitesses différentes, un phénomène est connu sous le nom de violation de CP. Il offre une orientation quand il s'agit de la question de savoir pourquoi l'univers ne contient presque pas d'antimatière, même si après le Big Bang, les deux formes de matière doivent avoir été présentes en quantités égales.

"Toutefois, l'asymétrie observée à ce jour est trop faible pour expliquer le manque d'antimatière, " explique Hans-Günther Moser de l'Institut Max Planck de physique. " C'est pourquoi nous recherchons un mécanisme plus puissant qui est resté inconnu à ce jour qui dépasserait les limites du " modèle standard de physique des particules " qui a été utilisé à ce jour. Cependant, pour trouver cette nouvelle physique et en fournir des preuves statistiques, les physiciens doivent collecter et évaluer bien plus de données qu'ils n'en ont fait jusqu'à présent."

Avec cette tâche en tête, l'ancien accélérateur KEK et Belle, qui étaient opérationnels de 1999 à 2010, ont été entièrement modernisés. La nouveauté clé est la multiplication par 40 de la luminosité, le nombre de collisions de particules par unité de surface.

Dans ce but, les scientifiques et les techniciens ont considérablement réduit le profil du faisceau de particules; il sera également possible de doubler le nombre de paquets de particules de grenaille à l'avenir. La probabilité que les particules puissent effectivement se heurter est ainsi considérablement augmentée. De cette façon, les scientifiques disposeront de 50 fois plus de données disponibles pour évaluation à l'avenir.

Enregistrement haute précision des traces de particules

Cependant, la quantité supplémentaire de données présente des défis majeurs en ce qui concerne la qualité de l'analyse fournie par le détecteur. Après la collision des particules, les mésons B se désintègrent de seulement 0,1 millimètre sur un vol moyen. Cela signifie que les détecteurs doivent fonctionner très rapidement et avec précision. Ceci est assuré par un détecteur de vertex de pixel très sensible, dont une grande partie a été développée et construite au Max Planck Institute for Physics et au laboratoire de semi-conducteurs de la Max Planck Society. Le détecteur a 8 millions de pixels au total, et livre 50, 000 images par seconde.

"Plusieurs technologies spéciales sont intégrées au détecteur de vertex de pixel, " explique Moser. "Lorsque de nouveaux paquets de particules sont introduits dans le SuperKEKB, qui génère initialement un fond très important, nous pouvons aveugler le détecteur pendant environ 1 microseconde. Cela signifie que les signaux non pertinents peuvent être bloqués. les capteurs du détecteur ne sont pas plus épais qu'un cheveu humain, avec des largeurs de seulement 75 micromètres. Les physiciens espèrent qu'ainsi, ils peuvent empêcher la dispersion des particules lors de leur passage dans la matière.

Le début de l'opération de mesure marquera la fin d'un grand chantier. Depuis neuf ans, des scientifiques et des ingénieurs ont travaillé sur la conversion et la modernisation du détecteur. La course qui vient de commencer se poursuivra jusqu'au 1er juillet 2019. Le SuperKEKB et Belle II redémarreront en octobre 2019 après une brève pause pour maintenance.