b/Anti-b Quark-Ereignisse

b-Quark/Antiquark-Paare sind die schwersten Teilchen, die im Belle II Detektor entstehen können. Auch sie zerfallen quasi sofort und das aufgrund ihrer hohen Energie häufig in sehr viele Teilchen. Entsprechend charakteristisch sind viele Spuren für solche Prozesse. Hat das Ereignis zwölf oder mehr Spuren, ist es also ziemlich wahrscheinlich ein b/Anti-b Quark-Ereigniss.

Tatsächlich ist die Energie des SuperKEKB-Beschleunigers genau so gewählt, das die Kollisionsenergie des beschleunigten Elektrons und Positrons fast der Energie der ersten Mesonen entspricht, welche b-Quarks beinhalten ("B-Mesonen"). Als Resultat ist nach ihrer Entstehung fast keine Energie mehr für Bewegung vorhanden - die B-Mesonen sind beinahe in Ruhe.* Es gibt bei ihrem anschließenden Zerfall also keine bevorzugte Richtung für die im Zerfallsprozess entstehenden Teilchen. Als Folge verteilen verteilen diese sich gleichmäßig "in alle Richtungen" und das Ereignis wird durchschnittlich wenig geradlinig.

Im Gegensatz dazu steht bei der Entstehung leichter Quark/Antiquark-Paare nach der e+e--Kollision noch deutlich mehr Energie zur Verfügung, welche in Bewegungsenergie umgewandelt wird. Entsprechend entstehen das leichte Quark und Antiquark bereits mit einem deutlichenen Schub in entgegengesetzte Richtungen, welcher auch an Teilchen, die in weiteren Zerfallsprozesses entstehen weitergegeben wird. Solche Ereignisse sind also vergleichsweise geradlinig.

Für Ereignisse mit fünf bis elf Spuren kann man b/Anti-b Quark-Ereigniss also gut dadurch von denen mit leichten Quarks unterscheiden, dass erstere meist eine sehr niedrige Geradlinigkeit aufweisen.

Kollisionsvideos e+e- nach b/Anti-b:

Beispiel 1: b/Anti-b Quark-Ereignis

Beispiel 2: b/Anti-b Quark-Ereignis

Beispiel 3: b/Anti-b Quark-Ereignis

Ereignisdisplays:

Beispiel 1

beispiel-b-paare-1.png
© Belle II

Beispiel 2

beispiel-b-paare-2.png
© Belle II

Beispiel 3

beispiel-b-paare-3.png
© Belle II

* = Die Wahl der Energie hat einen weiteren Grund: Sie passt genau zu einem Resonanz-Zustand des b/Anti-b-Quark-Paars, welcher kurzzeitig entsteht und dann in zwei B-Mesonen zerfällt. Indem man genau diese Resonanzenergie trifft, entstehen deutlich häufiger b-/Anti-b-Quarks als allein durch die Ladungen zu erwarten wäre. Deswegen nennt man das Belle II Experiment auch eine "B-Fabrik".

Der Resonanz-Effekt ist vergleichbar zu dem gleichnamigen aus harmonischen Schwingungen: Trifft man exakt die Resonanzfrequenz eines Schwingkörpers (z.B. einer Brücke oder eines Pendels), fängt dieser besonders stark an zu schwingen, er "kann die Energie besonders gut nutzen".

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