B-Fabrik

Als B-Fabrik bezeichnet man einen speziellen Teilchenbeschleuniger, der auf die Produktion von B-Mesonen spezialisiert ist. Dazu werden Teilchen (üblicherweise Elektronen und Positronen) auf gegenläufigen Kreisbahnen auf eine ganz bestimmte Energie beschleunigt, nämlich genau 10,580 GeV im Schwerpunktsystem der Teilchen. Bei dieser Energie tritt eine Resonanz auf, da sie der Ruhemasse des Υ(4S), einem Anregungszustand der Verbindung von einem b-Quark mit einem Anti-b-Quark, entspricht. Einem willkommenen Zufall ist es zu verdanken, dass diese Energie gerade nur 0,021 GeV über derjenigen liegt, die zur Produktion von zwei B-Mesonen benötigt wird. Der Zerfall des Υ(4S) in zwei B-Mesonen (genauer: Bu,d-Mesonen, da die Masse der Bc,s-Mesonen bereits zu hoch liegt) ist deswegen stark bevorzugt. Als experimenteller Vorteil erweist sich auch die Möglichkeit, durch eine relativ kleine Erniedrigung der Kollisionsenergie die Produktion der B-Mesonen „abschalten“ zu können, da es bei jedem Experiment der Teilchenphysik immer auch einen Untergrund von anderen, unerwünschten Teilchen gibt, der sich so angenehm studieren lässt. Da die Energie der Resonanz nur knapp über der von der Ruheenergie der zwei B-Mesonen liegt, bekommen sie kaum kinetische Energie, sie sind also fast in Ruhe. Zur Beobachtung interessanter Effekte ist es aber häufig nötig, dass sich die B-Mesonen schnell bewegen. Einen sogenannten Lorentz-Boost bekommen sie, indem die beiden kollidierenden Strahlenergien asymmetrisch gewählt werden. Dadurch ist der Schwerpunkt des Systems nicht in Ruhe, die B-Mesonen bewegen sich also mit dem Schwerpunkt in die gewünschte Richtung.

Beispiele für B-Fabriken sind der PEP-II Beschleuniger am Stanford Linear Accelerator Center (SLAC) in Stanford (USA), der für das BaBar-Experiment eingesetzt wird, sowie der KEKB-Beschleuniger am KEK in Tsukuba (Japan), der für das Belle-Experiment arbeitet.


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