Il 25 aprile, alle 17.38 ora italiana (00.38 in Giappone) nel Laboratorio KEK, a Tsukuba, in Giappone, l’acceleratore SuperKEKB ha prodotto le sue prime collisioni tra elettroni e antielettroni, e gli eventi sono stati osservati dal rivelatore Belle II. È entrato così in funzione l’acceleratore che raggiungerà la più alta luminosità (una grandezza che indica quante particelle collidono per unità di area e di tempo) al mondo. Il primo fascio di elettroni era circolato lo scorso 21 marzo e, dieci giorni dopo, era seguito il primo fascio di positroni (gli antielettroni). Da qui aveva avuto avvio la fase di commissioning della macchina, cioè della “sintonizzazione” dell’acceleratore, la cui buona riuscita ha portato a questo successo.
“Le prime collisioni rappresentano una pietra miliare nello sviluppo dell’acceleratore e dell’esperimento”, sottolinea Francesco Forti, della sezione INFN e dell’Università di Pisa, presidente del comitato esecutivo dell’esperimento. “Per quanto siano il punto di arrivo del lavoro di costruzione, sono soltanto il punto di partenza della presa dati e delle analisi, che ci porteranno a esplorare nuovi territori della fisica. La strada da percorrere è ancora lunga, ma la soddisfazione per questo risultato è palpabile in tutta la collaborazione”, conclude Forti.
L’acceleratore SuperKEKB e il rivelatore Belle II costituiscono un complesso di strutture scientifiche progettato per la ricerca di Nuova Fisica oltre il Modello Standard, vale a dire fenomeni mai osservati prima, che contribuiranno a chiarire i misteri ancora aperti della fisica contemporanea. La ricerca di Nuova Fisica a Belle II si baserà sulla misura di altissima precisione di decadimenti rari di particelle elementari, come i quark beauty, i quark charm e i leptoni tau.
“È emozionante osservare per la prima volta nel nostro rivelatore i segnali delle particelle prodotte nelle collisioni elettrone-positrone”, commenta Giuseppe Finocchiaro, ricercatore dei Laboratori Nazionali di Frascati dell’INFN, che coordina la partecipazione italiana all’esperimento. “Terminata la costruzione, inizia ora una nuova fase dell'esperimento, in cui raccoglieremo i primi dati e dovremo imparare a decodificare con precisione la risposta dei nostri complessi strumenti di misura"
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A differenza del Large Hadron Collider (LHC) del CERN a Ginevra, che è l’acceleratore più potente del mondo dove vengono fatti scontrare protoni e ioni a energie record, SuperKEKB è stato progettato per essere l’acceleratore di elettroni e positroni a più alta luminosità. La luminosità di progetto della macchina è, infatti, prevista essere ben 40 volte superiore rispetto all’attuale record mondiale stabilito da KEKB, il precedente acceleratore del laboratorio giapponese. Tant’è che nei prossimi 10 anni di attività di SuperKEKB si prevede che saranno generati circa 50 miliardi di eventi di produzione di coppie di mesoni B e anti-B: una quantità 50 volte superiore all'intero campione di dati del progetto KEKB/Belle.
L’esperimento Belle II, un gigante alto 8 metri, costituito da sette sotto-rivelatori, per un peso totale di circa 1400 tonnellate, è frutto di una collaborazione internazionale, di cui fanno parte oltre 750 fisici e ingegneri provenienti da 25 paesi, e alla quale l’Italia con l’INFN contribuisce in modo determinante. La comunità italiana dell’INFN impegnata in Belle II è composta di più di 70 scienziati provenienti da nove sezioni e Laboratori INFN e Università (Napoli, Padova, Perugia, Pisa, Torino, Trieste, Roma Sapienza, Roma Tre, Laboratori Nazionali di Frascati ed Enea Casaccia).
Il contributo italiano
I gruppi italiani dell’INFN hanno contribuito alla realizzazione di vari elementi chiave dell’esperimento: il rivelatore di vertice (SVD), necessario per la misura di precisione del punto in cui le particelle decadono, il sistema di identificazione di particelle (TOP), che permette il riconoscimento delle particelle che attraversano il rivelatore, il calorimetro elettromagnetico (ECL), capace di misurare l’energia delle particelle, e il rivelatore di muoni e mesoni K (KLM). Inoltre, l’Italia assicura un notevole contributo ai mezzi di calcolo necessari per l’analisi dell’enorme quantità di dati che l’esperimento raccoglierà.
Nell’acceleratore SuperKEKB, che è il primo acceleratore per la ricerca in fisica fondamentale a entrare in funzione dopo LHC, i fasci di elettroni e positroni a regime si scontreranno a energie di 7 e 4 miliardi di elettronvolt (GeV) rispettivamente, producendo un enorme numero di particelle anche grazie allo schema innovativo detto dei “nano-beams”, originariamente proposto dal fisico italiano Pantaleo Raimondi. La complessità del sistema richiede una messa in operazione in diverse fasi. Nella prima fase (2016) è stato verificato il funzionamento di base dell’acceleratore; nella seconda fase (2018, cioè adesso), sono state osservate le prime collisioni con l’acceleratore nella sua configurazione finale, ma senza il rivelatore di vertici un elemento delicatissimo posto al centro dell’apparato. Nella terza fase (2019), dopo l’installazione del rivelatore di vertici, inizierà la presa dati vera e propria con il rivelatore completo.
Lo studio accurato dei miliardi di particelle, che saranno prodotte quando l’acceleratore SuperKEKB lavorerà a pieno regime e che saranno misurate con grande precisione dal sensibilissimo rivelatore Belle II, darà un importante contributo nel far luce sulle questioni ancora irrisolte, come la fondamentale asimmetria tra materia e antimateria, che ha portato la seconda a scomparire, tanto che oggi noi viviamo in un universo fatto di sola materia.
