벨 실험

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벨 실험(Belle experiment)은 벨 국제 공동 연구그룹에 의해 수행되는 입자 물리 실험으로, 대한민국을 비롯해 13개 국가에서 400명이상의 물리학자들과 기술자들의 공동연구로, 일본 이바라키 현의 쓰쿠바 시에 있는 고에너지 가속기 연구 기구 (KEK)의 가속기를 이용한 CP 대칭성 깨짐 현상에 대한 실험이다.

벨 검출기는 가속기에서 입자간의 충돌 지점에 위치하고 있으며, 다층구조의 입자검출기이다. 이 검출기는 coverage 가 넓고, 수십 마이크로메터 단위로 입자 사이의 충돌 위치를 측정할 수 있고, 파이온과 케이온을 구분할 수 있는 능력이 좋으며, 에너지 분해능은 수 퍼센트 정도이다. 희귀 방사성 분괴현상, 새로운 입자의 발견, b 쿼크 또는 c 쿼크로 구성된 중간자 및 타우 경입자에 대한 연구등이 진행되고 있으며, 200편 이상의 물리학 논문이 발표되었다.

벨 실험에서 주목받은 연구결과로는, 케이온 이외의 중간자 시스템에서 처음으로 CP 대칭성 깨짐 현상의 관찰 (2001년), $B \to K^* l^+ l^-$ 과 $b \to s l^+ l^-$ 붕괴현상 연구, $B \to D K$ , $D \to K_S \pi^+ \pi^-$ 붕괴현상의 Dalitz plot 연구를 통한 φ3 측정, $B^0 \to \pi^+ \pi^-$ 과 $B^0 \to K^- \pi^+$ 의 direct CP대칭성 깨짐 현상 연구, $b \to d$ 전이 현상 관찰, $B \to \tau \nu$ 붕괴현상, 새로운 입자인 X(3872) 발견 등이 있다.

벨 실험은 KEKB 가속기에서 수행되고 있으며, 이 가속기는 세계에서 가장 대량의 빔을 만들어 낼 수 있는 가속기 있다. 순간 광도 (luminosity)는 $1.7 \times 10^{34}/cm^2/sec$ 정도이다. 현재까지(2007년) $700~ fb^{-1}$ 이상의 누적 광도를 기록했으며, 이는 6억개 이상의 $B \bar B$ 중간자를 생성한 것이된다. 대부분의 데이터는 Upsilon(4S) resonance에서 받아졌으며 이 resonance 는 B 중간자로 붕괴한다.