Sodelavci odseka sodelujemo pri eksperimentih Belle in Belle II na trkalnikih elektronov in pozitronov KEKB in SuperKEKB v Tsukubi na Japonskem. Glavni namen obeh eksperimentov, ki sodita med t. i. eksperimente na meji intenzivnosti (Intensity Frontier), je iskanje doslej neznanih procesov in delcev onkraj standardnega modela (SM), t. i. nove fizike. Eksperimenti na meji intenzivnosti izvajajo meritve izjemno visoke natančnosti, ki jih primerjajo z enako natančnimi napovedmi SM. Ta danes velja za najuspešnejšo in eksperimentalno najbolje preverjeno teorijo interakcij osnovnih delcev pri trenutno dosegljivih energijah in natančnostih. Procesi nove fizike morajo biti med drugim odgovorni za opaženo prevlado snovi nad antisnovjo v vesolju.
Detektor Belle je zajemanje podatkov končal leta 2010, številne analize teh podatkov pa še potekajo. Med rezultati leta 2020 je iskanje hipotetičnega novega umeritvenega bozona $Z^{'}$ [11] (slika 4). V razširitvah SM bi bil ta lahko odgovoren za nekatera odstopanja med teoretičnimi napovedmi in eksperimentalnimi rezultati pri meritvah razpadov $B → K^{(*)} l^+ l^-$, pa tudi za sestavo temne snovi.
Drug odmeven rezultat kolaboracije Belle v letu 2020 je bil nov test leptonske univerzalnosti z meritvijo razpada $B → D^* \tau \bar{\nu_{\tau}}$ [12]. Meritev je bila izvedena s t. i. popolno interpretacijo dogodka (Full Event Interpretation), pri kateri se eden od mezonov B, nastalih v procesu $e^+ e^- → \Upsilon (4S) → B\bar{B}$, rekonstruira prek semileptonskih razpadov $B → X_c l \nu$ (kjer $X_c$ označuje poljuben hadronski sistem s kvarkom c). Tako lahko določimo energijo in gibalno količino drugega mezona $B$, ki razpade v $D^* \tau \bar{\nu_{\tau}}$ (lepton $\tau$ nadalje razpade v nabit delec in enega ali več nevtrinov). Kljub vsaj dvema nezaznanima nevtrinoma v končnem stanju metoda omogoča rekonstrukcijo semitavonskih razpadov in s tem primerjavo njihove pogostosti s pogostostjo semileptonskih razpadov v elektrone in mione, $B → D^* \mu \bar{\nu_{\mu}}$ in $B → D^* e \bar{\nu_{e}}$.
Morda najpomembnejši rezultat kolaboracije Belle II v letu 2020 je bila metoda meritve integrirane luminoznosti [13]. Natančno poznavanje integrirane luminoznosti ($L$) je ključno, saj določa število nastalih dogodkov določene vrste prek $N = L s$ (kjer s označuje presek za posamezen proces). Zaznavanje in rekonstrukcija procesov z natančno znanim presekom, v primeru [13] Bhabhovega sipanja in dvofotonskih procesov, omogočata natančno določitev integrirane luminoznosti.
Evropski raziskovalni svet (ERC) je projektu »Flavour Anomalies with advanced particle Identification Methods (FAIME)«, ki ga vodi prof. Peter Križan, član našega odseka, podelil napredno raziskovalno nepovratno sredstvo (ERC Advanced Grant). V okviru projekta bomo z visoko natančnostjo izmerili lastnosti razpadov mezonov B v leptone. Poskušali bomo potrditi ali ovreči preliminarne rezultate, ki kažejo, da se pod določenimi pogoji leptoni tau obnašajo nekoliko drugače kot mioni in elektroni. Če se ti rezultati potrdijo, bi to pomenilo pravo revolucijo v fiziki osnovnih delcev in v našem razumevanju narave nasploh. Ključni del spektrometra Belle II za projekt FAIME so detektorji za identifikacijo nabitih delcev (slika 5). Raziskovalna skupina z IJS, Fakultete za matematiko in fiziko Univerze v Ljubljani in Fakultete za kemijo in kemijsko tehnologijo Univerze v Mariboru je imela odločilno vlogo pri njihovem razvoju, pripravi in analizi podatkov, zajetih s temi detektorji.
[11] I. Adachi et al. (Belle II Coll.), “ Search for an Invisibly Decaying $Z^{'}$ Boson at Belle II in $e^+ e^− → \mu^+ \mu^− (e^± \mu^∓)$ Plus Missing Energy Final States”, Phys. Rev. Lett. 124, 141801 (2020).
[12] G. Caria et al. (Belle Coll.), “Measurement of $R(D)$ and $R(D^∗)$ with a Semileptonic Tagging Method”, Phys. Rev. Lett. 124, 161803 (2020).
[13] F. Abudinen et al. (Belle II Coll.), “Measurement of the integrated luminosity of the Phase 2 data of the Belle II experiment“, Chinese Phys. C 44, 021001 (2020).