LHCb 실험

좌표:46°14°28°N 06°05′49§ E/46.24111°N 6.09694°E/ 46.24111; 6.09694

대형 강입자 가속기
(LHC)

LHC 실험
지도책	트로이덜 LHC 장치
CMS	콤팩트 Muon 솔레노이드
LHCb	LHC뷰티
앨리스야.	대형 이온 충돌기 실험
토템	총단면, 탄성산란 및 회절해리
LHCf	LHC 전송
모달	LHC의 모노폴 및 외전 검출기
고속	ForWard 검색 ExpeRiment
SND	산란 및 중성미자 검출기
LHC 프리액셀러레이터
p와 Pb	양성자(Linac 4) 및 리드(Linac 3)용 선형 가속기
(마크 없음)	양성자 싱크로트론 부스터
PS	양성자 싱크로트론
SPS	슈퍼 프로톤 싱크로트론

LHCb(Large Hadron Collider Beauty) 실험은 ^[1]CERN의 Large Hadron Collider에서 데이터를 수집하는 8개의 입자 물리학 검출기 실험 중 하나입니다. LHCb는 주로 b-hadron(바닥 쿼크를 포함하는 무거운 입자)의 상호작용에서 CP 위반 매개변수를 측정하도록 설계된 특수 b-물리학 실험입니다.이러한 연구들은 우주의 물질-반물질 비대칭성을 설명하는 데 도움을 줄 수 있다.검출기는 또한 전방 영역에서 생산 단면 측정, 이국적인 강입자 분광법, 참물리학 및 전기 약물리학을 수행할 수 있다.LHCb 공동작업은 실험 데이터를 구축, 운영, 분석하는 것으로,^[2] 세계 16개국을 대표하는 74개 과학 연구소에서 약 1260명으로 구성되어 있다.Chris^[3] Parkes는 Giovanni Passaleva(대변인 2017-2020)^[4]와의 콜라보레이션의 대변인으로 2020년 7월 1일에 성공했다.실험은 제네바에서 바로 국경 너머 프랑스 페니볼테르 근처 LHC 터널의 8번 지점에 위치해 있다.(작은) MoEDAL 실험은 동일한 동굴을 공유합니다.

물리 목표

이 실험은 무거운 맛(미용과 매력 모두), 전약 및 양자 색역학(QCD) 물리학의 많은 중요한 측면을 다루는 광범위한 물리학 프로그램을 가지고 있습니다.B 중간자와 관련된 6가지 주요 측정이 확인되었다.이는 2010-2012년에 가동된 최초의 고에너지 LHC의 핵심 물리학 프로그램을 구성한 로드맵^[5] 문서에 설명되어 있다.다음과 같은 것이 있습니다.

• 희귀_s B → μ⁺⁻ 붕괴의 분기비 측정.
• 풍미 변화 중성 전류_d B → K^*+ μ⁻ 붕괴에서 뮤온 쌍의 전방-후방 비대칭성 측정.이러한 풍미 변화 중성 전류는 입자 물리학 표준 모델에서 나무 수준에서 발생할 수 없으며 상자 및 루프 파인만 다이어그램에서만 발생합니다. 붕괴 특성은 새로운 물리학에 의해 강하게 수정될 수 있습니다.
• 붕괴_s B → J/color δ에서 CP 위반 위상을 측정하는 것으로, B 진동이 있는 경우와 없는_s 경우 사이의 간섭에 의해 발생합니다.이 위상은 표준 모델에서 이론적인 불확실성이 가장 작은 CP 관측치 중 하나이며, 새로운 물리학에 의해 크게 수정될 수 있다.
• 복사 B의 특성 측정은 붕괴된다. 즉, B 중간자는 최종 상태에서 광자에 의해 붕괴된다.특히, 이것들은 풍미를 바꾸는 중성 전류 붕괴입니다.
• 유니티 삼각각θ의 트리 레벨 결정.
• 매력 없는 충전 투바디 B는 부패합니다.

LHCb 디텍터

두 개의 b-하드론이 주로 동일한 순방향 원뿔에서 생성된다는 사실은 LHCb 검출기의 레이아웃에 이용된다.LHCb 검출기는 단일 암 전방 분광계이며, 수평의 경우 10 ~ 300 밀리라디안(mrad)의 극각 범위와 수직면의 경우 250 밀리라디안(mrad)의 범위이다.수평면과 수직면 사이의 비대칭성은 주요 필드 성분이 수직 방향으로 있는 큰 쌍극자 자석에 의해 결정됩니다.

서브시스템

정점 로케이터(VELO)는 양성자 상호작용 ^[6][7]영역 주위에 구축된다.기본 정점과 보조 정점을 정확하게 분리하기 위해 상호작용 지점에 가까운 입자 궤적을 측정하는 데 사용됩니다.

디텍터는 LHC 빔으로부터 7mm(0.28인치) 떨어진 곳에서 작동합니다.이는 엄청난 입자 플럭스를 의미합니다. VELO는 연간 10p/cm² 이상의¹⁴ 통합 플루스에 약 3년 동안 견딜 수 있도록 설계되었습니다.검출기는 진공 상태에서 작동하며 2상₂ CO 시스템을 사용하여 약 -25°C(-13°F)까지 냉각됩니다.VELO 검출기의 데이터는 Beetle ASIC에 의해 증폭되어 판독됩니다.

RICH-1 검출기(링 이미징 체렌코프 검출기)는 정점 검출기 바로 뒤에 있습니다.저모멘텀 트랙의 입자 식별에 사용됩니다.

메인 트래킹 시스템은 다이폴 자석 앞과 뒤에 배치됩니다.그것은 하전 입자의 궤적을 재구성하고 그 모멘타를 측정하는 데 사용된다.트래커는 다음 세 개의 하위 검출기로 구성됩니다.

• LHCb 다이폴 자석 앞에 위치한 실리콘 스트립 검출기 Tracker Turicensis
• 외부 추적기.검출기 수용 외부를 덮는 쌍극자 자석 뒤에 위치한 빨대 튜브 기반 검출기
• 내부 트래커(Inner Tracker), 실리콘 스트립 기반 검출기(Detector Acception(검출기 수용)의 내부를 덮는 쌍극자석 뒤에 위치)

추적 시스템에 이은 것은 RICH-2입니다.고모멘텀 트랙의 입자 유형을 식별할 수 있습니다.

전자 및 하드론 열량은 전자, 광자 및 하드론의 에너지를 측정합니다.이러한 측정은 큰 횡방향 운동량을 가진 입자(고Pt 입자)를 식별하기 위해 트리거 레벨에서 사용됩니다.

뮤온 시스템은 이벤트의 뮤온을 식별하고 트리거하는 데 사용됩니다.

LHCb 업그레이드(2019~2021년)

2018년 말, LHC는 업그레이드를 위해 폐쇄되었으며, 현재 2022년 초에 재가동이 계획되어 있다.LHCb 디텍터의 경우 거의 모든 하위 디텍터를 현대화하거나 ^[8]교체해야 합니다.현대화된 정점 위치추적기, 업스트림 추적기(UT) 및 섬광기 섬유 추적기(SciFi)로 구성된 완전히 새로운 추적 시스템을 갖게 될 것이다.전체 디텍터 전자 장치와 함께 RICH 디텍터도 업데이트됩니다.그러나 가장 중요한 변경은 실험의 완전한 소프트웨어 트리거로 전환하는 것입니다. 즉, 기록된 모든 충돌은 중간 하드웨어 필터링 단계(과거에는 병목 현상으로 판명됨)^[9] 없이 정교한 소프트웨어 프로그램에 의해 분석됩니다.

결과.

2011년 양성자-양성자 주행 중 LHCb는 7TeV의 충돌 에너지에서 1fb의⁻¹ 통합 광도를 기록했다.2012년에는 8TeV의 ^[10]에너지로 약 2fb가⁻¹ 수집되었다.2015-2018년(LHC의 Run 2) 동안 질량 중심 에너지 13TeV에서 약 6fb가⁻¹ 수집되었다.또한 양성자-납, 납-납 및 제논-제논 충돌에서 작은 샘플이 수집되었습니다.또한 LHCb 설계에서는 입자 빔과 VELO 체적 내부에 주입된 가스(헬륨 또는 네온)의 충돌을 연구할 수 있어 고정 표적 실험과 유사합니다. 이 설정은 일반적으로 "SMOG"^[11]라고 합니다.이러한 데이터 세트를 통해 협업을 통해 정밀 표준 모델 테스트의 물리학 프로그램을 많은 추가 측정과 함께 수행할 수 있다.2021년 현재, LHCb는 500편 이상의 ^[12]과학 논문을 발표했다.

하드론 분광법

LHCb는 아름다움과 매력의 하드론을 연구하기 위해 고안되었습니다.미스터리한 X와 같은 알려진 입자에 대한 정밀 연구 외에도, 많은 새로운 강입자가 이 실험에 의해 발견되었다.2021년 현재, 네 번의 LHC 실험 모두 약 60개의 새로운 강입자를 발견했으며, 그 중 대부분은 LHCb에 ^[13]의해 발견되었다.2015년 LHCb 실험에서 바닥 람다 바리온(δ⁰
_b)의 붕괴를 분석하여 펜타쿠크의 ^[14][15]명백한 존재를 밝혀냈으며, 이를 "우발적"^[16] 발견이라고 표현했다.다른 주목할 만한 발견으로는 2017년 두 개의 무거운 쿼크를 가진 최초의 바리온인 "double calling" 바리온${\displaystyle {}_{}^{\mathrm{\delta }}}$ c${\displaystyle {}_{}^{}}$+ + $(\$ _${\rm$ {$cc}^+})$과 2020년 만들어진 완전 차폐 테트라쿼크 $T{\displaystyle {\mathrm{}}_{}}$ ${\displaystyle {\mathrm{}}_{}}$ ${\displaystyle {\mathrm{c}}_{}}$ c c c ${\$style \m {$T}$ {\rm {$c} {\$rm} {$c$}가 있다.ks.

강입자가 ^[17]LHCb에서 발견되었습니다.

	쿼크[i] 함량	파티클명	유형	발견 연도
1	$(\displaystyle\rm {budyle$	${\displaystyle\Lambda_{\rm {b}}(5912)^{0}$	들뜬 바리온	2012
2	$(\displaystyle\rm {budyle$	${\displaystyle\Lambda_{\rm {b}}(5920)^{0}$	들뜬 바리온	2012
3	${\displaystyle {cccar {u}}}$	$({displaystyle {D_{J}(2580)^{0}})$	들뜬 중간자	2013
4	${\displaystyle {cccar {u}}}$	$({displaystyle {D_{J}(2740)^{0}})$	들뜬 중간자	2013
5	${\displaystyle {cccarbar {d}}}$	${{displaystyle {D_{J}^*}(2760)^{+}}}}$	들뜬 중간자	2013
6	${\displaystyle {cccar {u}}}$	$({displaystyle {D_{J}(3000)^{0}})$	들뜬 중간자	2013
7	${\displaystyle {cccar {u}}}$	$({displaystyle {D_{J}^*}(3000)^{0}})$	들뜬 중간자	2013
8	${\displaystyle {cccarbar {d}}}$	${{displaystyle {D_{J}^*}(3000)^{+}}}}$	들뜬 중간자	2013
9	${\displaystyle {cccar {s}}}$	${\displaystyle {D_{s1}^{*}(2860)^{+}}}}$	들뜬 중간자	2014
10	${\displaystyle {bsd}}$	${\displaystyle \Xi _{\rm {b}}^{-}}$	들뜬 바리온	2014
11	${\displaystyle {bsd}}$	${\displaystyle\Xi_{\rm {b}}^{*-}}$	들뜬 바리온	2014
12	${\displaystyle {{\bar {b}u}}$	${\displaystyle {B_{J}(5840)^{+}}}}$	들뜬 중간자	2015
13	${\displaystyle {{\bar {b}}d}}$	$({displaystyle {B_{J}(5840)^{0}})$	들뜬 중간자	2015
14	${\displaystyle {{\bar {b}u}}$	${\displaystyle {B_{J}(5970)^{+}}}}$	들뜬 중간자	2015
15	${\displaystyle {{\bar {b}}d}}$	${\displaystyle {B_{J}(5970)^{+}}}}$	들뜬 중간자	2015
열여섯[ii] 살	${\displaystyle {ccc}{c}uud}$	${\displaystyle {P_{c}(4380)^{+}}}}$	펜타쿠크	2015
17	$({displaystyle {ccc}}sscccc}}})$	${\displaystyle {X(4274)}}$	테트라쿼크	2016
18	$({displaystyle {ccc}}sscccc}}})$	${\displaystyle {X(4500)}}$	테트라쿼크	2016
19	$({displaystyle {ccc}}sscccc}}})$	${\displaystyle {X(4700)}}$	테트라쿼크	2016
20	${\displaystyle {cccar {u}}}$	$({displaystyle {D_{3}^{*}(2760)^{0}})$	들뜬 중간자	2016
21	$(\displaystyle\rm {param})$	${\displaystyle \Lambda _{\rm {c}}(2860)^{+}}$	들뜬 바리온	2017
22	${\displaystyle\rm {css}}$	$\displaystyle \Omega _{\rm {c}}(3000)^{0}$	들뜬 바리온	2017
23	${\displaystyle\rm {css}}$	$\displaystyle \Omega _{\rm {c}}(3050)^{0}$	들뜬 바리온	2017
24	${\displaystyle\rm {css}}$	$\displaystyle \Omega _{\rm {c}}(3066)^{0}$	들뜬 바리온	2017
25	${\displaystyle\rm {css}}$	${\displaystyle \Omega _{\rm {c}}(3090)^{0}}$	들뜬 바리온	2017
26	${\displaystyle\rm {css}}$	$\displaystyle \Omega _{\rm {c}}(3119)^{0}$	들뜬 바리온	2017
스물일곱[iii] 살	${\displaystyle\rm {cu}}$	$(\displaystyle\Xi_{\rm {cc}}^{+})$	바리온	2017
28	${\displaystyle {bsd}}$	${\displaystyle\Xi_{\rm {b}}(6227)^{-}$	들뜬 바리온	2018
29	$(\displaystyle\rm {buu})$	${\displaystyle \Sigma _{\rm {b}}(6097)^{+}}$	들뜬 바리온	2018
30	$(\displaystyle\rm {bdd})$	${\displaystyle \Sigma _{\rm {b}}(6097)^{-}}$	들뜬 바리온	2018
31	${\displaystyle {cccc}}}$	${\displaystyle \psi _{3}(3842)}$[18]	들뜬 중간자	2019
32	${\displaystyle {ccc}{c}uud}$	${\displaystyle {P_{c}(4312)^{+}}}}$	펜타쿠크	2019
33	${\displaystyle {ccc}{c}uud}$	${\displaystyle {P_{c}(4440)^{+}}}}$	펜타쿠크	2019
34	${\displaystyle {ccc}{c}uud}$	${\displaystyle {P_{c}(4457)^{+}}}}$	펜타쿠크	2019
35	$(\displaystyle\rm {budyle$	${\displaystyle\Lambda_{\rm {b}}(6146)^{0}$	들뜬 바리온	2019
36	$(\displaystyle\rm {budyle$	${\displaystyle\Lambda_{\rm {b}}(6152)^{0}$	들뜬 바리온	2019
37	$(\displaystyle\rm {bss})$	$\displaystyle \Omega _{\rm {b}}(6340)^{-}$	들뜬 바리온	2020
38	$(\displaystyle\rm {bss})$	$\displaystyle \Omega _{\rm {b}}(6350)^{-}$	들뜬 바리온	2020
39[iv]	$(\displaystyle\rm {budyle$	${\displaystyle \Lambda _{\rm {b}}(6070)^{0}}$	들뜬 바리온	2020
40	${\displaystyle\rm {csd}}$	${\displaystyle\Xi_{\rm {c}}(2923)^{0}$	들뜬 바리온	2020
41	${\displaystyle\rm {csd}}$	${\displaystyle\Xi_{\rm {c}}(2939)^{0}$	들뜬 바리온	2020
42[v]	${{displaystyle {cccc}}{\bar {c}}}}$	$({displaystyle {T_{ccc}}})$	테트라쿼크	2020
43[vi]	${\displaystyle {{\bar {c}}ddclar {s}u}}$	${\displaystyle {X_{0}(2900)}}$	테트라쿼크	2020
44	${\displaystyle {{\bar {c}}ddclar {s}u}}$	${\displaystyle {X_{1}(2900)}}$	테트라쿼크	2020
45	$(\displaystyle\rm {bsu})$	${\displaystyle\Xi_{\rm {b}}(6227)^{0}$	들뜬 바리온	2020
46	$({displaystyle {{\bar {b}}s})$	$({displaystyle {B_{s}(6063)^{0}})$	들뜬 중간자	2020
47	$({displaystyle {{\bar {b}}s})$	$({displaystyle {B_{s}(6114)^{0}})$	들뜬 중간자	2020
48	${\displaystyle {cccar {s}}}$	${\displaystyle {D_{s0}(2590)^{+}}}}$	들뜬 중간자	2020
49	$({displaystyle {ccc}}sscccc}}})$	${\displaystyle {X(4630)}}$	테트라쿼크	2021
50	$({displaystyle {ccc}}sscccc}}})$	${\displaystyle {X(4685)}}$	테트라쿼크	2021
51	${\displaystyle {cccc}ubar {s}}}$	$({displaystyle {Z_{cs}(4000)^{+}}})$	테트라쿼크	2021
52	${\displaystyle {cccc}ubar {s}}}$	${\displaystyle {Z_{cs}(4220)^{+}}}}$	테트라쿼크	2021

CP 위반 및 혼합

B-메손 붕괴에서의 전하 패리티(CP) 위반 연구는 LHCb 실험의 주요 설계 목표입니다.2021년 현재 LHCb 측정은 CKM 단위 삼각형이 설명하는 그림을 매우 정확하게 확인합니다.단일 삼각형의 각도${\displaystyle }\theta {\displaystyle }$(${\displaystyle {\alpha \mathrm{}}_{}}$3$)(\style \gamma\,\alpha_{3})$는 현재 약 4°로 알려져 있으며 간접 ^[19]측정과 일치한다.

2019년 LHCb는 참 중간자 ^[20]디케이드에서 CP 위반 발견을 발표했다.kaon이나 B medon 이외의 입자의 decay에서 CP 위반이 발견된 것은 이번이 처음이다.관측된 CP 비대칭의 속도는 기존 이론 예측의 상단에 있으며, 이는 입자 ^[21]이론가들 사이에서 표준 모델을 벗어난 물리학의 가능한 영향에 대한 관심을 불러일으켰다.

2020년, LHCb는 B 중간자의 ^[22]소멸에서_s 시간 의존 CP 위반이 발견되었다고 발표했다.B 중간자와 반입자의 진동_s 주파수는 2021년에 매우 정밀하게 측정되었다.

희귀한 부패

희귀 붕괴는 표준 모델에서 심하게 억제되는 붕괴 모드이며, 이는 아직 알려지지 않은 물리 메커니즘의 잠재적 영향에 민감하게 만듭니다.

2014년 LHCb와 CMS 실험은 매우 희귀한 $붕괴{\displaystyle {\mathrm{}}_{}^{}}$ ${\displaystyle {\mathrm{}}_{}^{}}$ s ${\displaystyle 0_{\mathrm{}}^{}}$ ${\displaystyle {}_{}^{}{}^{}{}^{}}$ +${\displaystyle {}^{}}$μ -$$\$displaystyle \mathrm {B} _{\rm {s}} {\to$ \mu ^{+}\mu$$^[23]$^\{-\}\}$의 발견을 발표하는 공동 논문을 네이처에 발표했다.이 측정은 속도의 큰 향상을 예측한 초대칭 이론의 가능한 매개변수 공간을 엄격하게 제한했다.그 이후로 LHCb는 이 붕괴 모드에서 보다 정밀한 측정을 한 여러 논문을 발표했습니다.

B 중간자의 몇 가지 드문 붕괴에서 이상이 발견되었다.$이른바{\displaystyle {\mathrm{}}_{}^{}}$ ${\displaystyle {\mathrm{}}_{}^{}}$ ${\$ { \ $displaystyle$$$\$mathrm${ P$$}$$_ { 5 $}^'}$ 각도 관측$$ 가능한 가장 유명한 예는 ${\displaystyle {\mathrm{}}^{}}$ B ${\displaystyle {\mathrm{}}^{}}$ ${\displaystyle {}^{}}$ K${\displaystyle {}^{}{}^{}}$ 0${\displaystyle {}^{}{}^{}}$ +${\displaystyle {}^{}}$μ $-$ { \ $displaystyle$ \$mathrm${ B $}^$ { $0$} \$to$ \$mathrm${ K ^ { * 0$$} ^ + \ $mu$ } $^$^ + { { mu } } ^ - { { mu } } } ^ - { mu } ^ { mu } } } }$$^ -rs.^[24] 몇 가지 희귀한 붕괴의 붕괴 속도는 이론적인 예측과 다르나, 이론적인 예측은 상당한 불확실성이 있다.

렙톤 풍미 보편성

표준 모델에서 게이지 보손에 대한 하전 렙톤(전자, 뮤온 및 타우 렙톤) 커플링은 동일할 것으로 예상되며, 유일한 차이는 렙톤 질량에서 나타난다.이 가설은 "렙톤 향미 보편성"이라고 불립니다.그 결과, b 하드론의 데크론에서는 전자와 뮤온이 비슷한 속도로 생성되어야 하며, 렙톤 질량에 의한 작은 차이를 정확하게 계산할 수 있다.

LHCb+→ K+μ+μ −{\displaystyle \mathrm{B}^{+}\to \mathrm{K}^{+}\mu ^{+}\mu ^{-}}그 B의 붕괴 B의 비율을 비교하는+→ K+ e+e−{\displaystyle \mathrm{B}^{+}\to \mathrm{K}^{+}\mathrm{e}^{+}\mathrm{e}^{-}},[25]a에 의해 이 일기 예보로 편차가 발견했다알몬드 나는n 유사한 ^[26][27]프로세스그러나 문제의 데크가 매우 드물기 때문에, 명확한 결론을 내리기 위해서는 더 큰 데이터 세트를 분석해야 합니다.

2021년 3월, LHCb는 렙톤 보편성의 이상이 "3 시그마" 통계적 유의성 임계값을 초과했다고 발표했다. 즉, p-값은 0.1%^[28]이다.${\displaystyle {R\mathrm{}}_{}}$ K ${\displaystyle {=}_{}\frac{}{}B\frac{\mathcal{}}{}}$ (${\displaystyle \frac{{\mathrm{}}^{}}{}}$ + ${\displaystyle \frac{{}^{}{\mathrm{}}^{}}{}}$ +${\displaystyle \frac{{}^{}{}^{}}{}}$ +${\displaystyle \frac{{}^{}}{}}$μ -${\displaystyle \frac{{}^{}}{}}$)${\displaystyle \frac{}{\mathcal{}}}$ (${\displaystyle \frac{{\mathrm{}}^{}}{}}$ + ${\displaystyle \frac{{}^{}{\mathrm{}}^{}}{}}$ +${\displaystyle \frac{{}^{}{}^{}{\mathrm{}}^{}}{}}$ +${\displaystyle \frac{{}^{}{}^{}{\mathrm{}}^{}}{}}$ -$$) { $display$ R _ { \$rm$ { $K$} =$specfrac$ { $B$ } （ $mathrm${ $B$} ^ +$}$ \ $mu$ ） 。$기호{\displaystyle \mathcal{}}$ B$({$ {B$})$는${\displaystyle {\mathrm{}}_{}^{}}$특정 붕괴가 발생할 ${\displaystyle {\mathrm{확률}}_{}^{}}$을 나타냅니다. 0$.846$~0.041 +$({$0.$846_{-0.041}^{+0.$044$})$로 조사되었습니다.단, 표준 모델에서는 통합에 ^[29]매우 가깝다고 예측하고 있습니다.

기타 측정

LHCb는 양자 색역학, 전기 약물리학 연구에 기여했으며, 우주 입자 ^[30]물리학에 대한 단면 측정을 제공했습니다.

「 」를 참조해 주세요.

• B공장
• 벨 II 실험

레퍼런스

외부 링크

• Wikimedia Commons의 LHCb 관련 미디어
• LHCb 공개 웹 페이지
• US/LHC 웹사이트의 LHCb 섹션
• A. Augusto Alves Jr. et al. (LHCb Collaboration) (2008). "The LHCb Detector at the LHC". Journal of Instrumentation. 3 (8): S08005. Bibcode:2008JInst...3S8005T. doi:10.1088/1748-0221/3/08/S08005. hdl:10251/54510. (완전 설계 문서)
• INSPIRE-HEP에 대한 LHCb 실험 기록