**貝爾實驗**合作團隊的識別標誌
**貝爾實驗**（）為世界上兩大B介子工廠之一，是一個國際合作的實驗計畫，使用日本高能加速器研究機構的KEKB加速器來進行CP對稱性破壞的研究。
貝爾實驗的名稱**Belle**由來，乃是因為此實驗的研究需要產生大量的**B**介子，而產生的來源是由電子（**el**ectron）與正電子（電子的鏡像反粒子，**el**）對撞生成的。

參與此實驗的研究團隊包含來自17個國家的超過400位物理學家與技術人員。

歷年發表的重要成果
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* 2008年8月5日：發現三種新的介子。
* 2007年11月9日：再觀測到新型態的介子。
* 2007年8月13日：觀測到中性D介子混合震盪（英语：）現象。
* 2007年3月2日：**B介子**衰變所顯現出來的量子力學效應，量子纏結現象的實證。
* 2006年7月31日：觀測到伴隨微中子的B介子衰變過程。
* 2005年6月30日：觀測到新型態B介子衰變過程：b\to d轉移（transition）。
* 2005年3月1日：繼續發現新粒子：量子色動力學的新發展。
* 2004年8月20日：逐步闡明CP對稱性破壞的現象。
* 2003年11月14日：觀測到新型態的介子。
* 2003年8月20日：實驗結果顯示新物理的徵兆。

貝爾實驗相關的物理
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貝爾實驗的研究包含了多樣化的物理過程。在之前所發表的期刊論文中，有著以下幾個重要的研究方向：

* **B介子衰變中關於CP對稱性破壞之研究**

關於解釋CP破壞的小林-益川模型進行精密量測的檢驗。
直接CP不守恆最早是在K介子的衰變系統下發現的，貝爾實驗於2001年觀測到首次不屬於K介子系統的間接CP不守恆。之後Belle實驗也在B介子系統下，觀測到直接CP不守恆的現象：
* B^{0}\to \pi ^{+}\pi ^{-}（2004年）
* B^{0}\to K^{-}\pi ^{+}（2004年）

貝爾實驗也透過B\to DK,D\to K\_{S}\pi ^{+}\pi ^{-}這個衰變過程的達利茲（Dalitz）圖分析，量測了卡比博-小林-益川三角的\phi \_{3}角。
同時關於卡比博-小林-益川矩陣的矩陣元素大小，也是眾多研究課題之一。
* |V\_{{ub}}|
* |V\_{{cb}}|

* **B介子稀有衰變的研究**

B介子衰變的過程中，間接偵測到可能的新型基本粒子的研究。貝爾實驗觀測到以下的幾個稀有衰變過程：
* B\to K^{\*}l^{+}l^{-}
* b\to sl^{+}l^{-}

貝爾實驗也觀測到b\to d跨兩個夸克世代的稀有衰變。（CKM矩陣的陣列元素即衰變強度，每跨一個世代會有\lambda 倍的抑制）
* **B介子以外的D介子、以及τ輕子衰變的研究**

B介子工廠大量的B介子衰變過程中，相關基本粒子衰變的詳細研究。
貝爾實驗觀測到B\to \tau \nu 衰變，也發現了稱之為X(3872)的新型基本粒子。
* **新型態重子的產生之研究**

尋找可能由四個夸克所構成的新粒子，以及由五個夸克形成的五夸克粒子。
* **雙光子產生過程的研究**

光子結構函數的研究。

KEKB加速器
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**凱克畢加速器（日语：）**（英語：，日语：，即位於**KEK**的**B**介子工廠）的前身為1986年完成的**崔斯特對撞型加速器**（英語：，日语：，全名為**T**ransposable **R**ing **I**ntersecting **S**torage **A**ccelerator in **N**ippon，即日本可轉移對撞型儲存環加速器）。此乃日本文部省高能物理學研究所耗資870億日圓，費時五年所開發的環形對撞加速器，主要目標之一在於尋找頂夸克。但頂夸克的質量遠大於原先理論學家的預期，超過此加速器的原始設計，最後被美國費米實驗室的加速器發現。KEKB沿用了原先崔斯特加速器的地下隧道，耗資380億日圓進行偏轉聚焦磁鐵、束流管與超導高頻加速空腔（Cavity）的升級改裝工作，並於1998年完成開始運轉。KEKB是一個以8.0 GeV能量的電子束與3.5 GeV的正子束對撞的非對稱型加速器，由磁鐵與加速空腔包覆的兩個週長3公里的儲存環組成。在其非對稱式對撞能量的設計下，所產生的B介子對具有0.425羅倫茲推升（boost），使得B介子衰變時間相關的實驗量測成為可能。在最近的一次升級計畫中，KEKB加入了蟹形加速空腔（英语：），希望能進一步提昇亮度但未如預期，因此仍在校調當中。KEKB仍是目前（2009年6月）世界上，亮度最高的加速器，最新的世界紀錄為{\displaystyle 2.11\times 10^{34}{\text{cm}}^{-2}{\text{s}}^{-1}}，積分亮度超過950 fb-1。Belle實驗在KEKB加速器，紀錄了相當於超過六百多萬個在對撞點產生的B介子對。

Belle實驗大多數的數據，是在KEKB加速器於Υ介子的4S共振態下所擷取的，Υ介子的此共振態幾乎會完全衰變為一對B介子。為了背景事例分析，與特殊實驗目的的需要，KEKB也可以在偏離Υ(4S)共振態下運作。其中於Υ(3S)共振態提供了暗物質與希格斯玻色子相關的研究，而Υ(5S)共振態的數據則可以進行  
B  
s  
B  
s介子對的衰變分析。

貝爾偵測器
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貝爾偵測器
貝爾偵測器位於KEKB加速器圓環束流管上的一個對撞點，其所在的實驗大樓稱作是**筑波實驗室**，為一上兩層樓、地下四層樓的建築。該偵測器的大小約為8m x 8m x 8m（即約三層樓高的立方體），重量約為1,500公噸，紀錄電子與正子對撞後，各式各樣的物理反應過程。

貝爾偵測器是一個通用型的偵測器，包含了以下數個子偵測器：（依序由中心到最外層）

* 前置量能器（**E**xtreme **F**orward **C**alorimeter）
* 矽頂點偵測器（**S**ilicon **V**ertex **D**etector）
* 中央漂移室（**C**entral **D**rift **C**hamber）
* 契忍可夫計數器（**A**erogel **C**herenkov **C**ounter）
* 飛時計數器（**T**ime **o**f **F**light）
* 碘化銫（CsI）電磁量能器（**E**lectromagnetic **C**a**L**orimeter）
* K介子與緲子偵測器（**K** **L**ong and **M**uon Detector）

經由這些子偵測器，在對撞點所產生的粒子衰變資訊，將巨細靡遺地被紀錄下來。其中，由SVD與CDC可以得知帶電粒子的軌跡進而推算出其動量，而量能器則可以量測電子與光子的能量，最外層的KLM可以作為緲子鑑別器。貝爾偵測器有一項特別的偵測器，是使用了契忍可夫輻射（）的原理，以氣凝膠構成的偵測器，可以通過Pi介子與K介子發光的有無，判定以數十億電子伏特高速通過的粒子種類。而其他B介子工廠所沒有的前置量能器，則提供了即時的加速器亮度資訊。

貝爾實驗識別標誌
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貝爾實驗團隊的識別標誌，是由一個黃色的字母B在藍色的背景上所構成的。此乃因為貝爾實驗的研究對象是B介子的衰變。而這個字母B實際上是由一個字母e與另一個鏡像的e組成的，這是代表了KEKB加速器是以電子與正子（電子的反粒子）對撞，來產生B介子的。而下方的BELLE是Belle實驗的英文名稱，但是其實正確的寫法應該是Belle而不是全部大寫字母的BELLE。另一個可以注意的是，這個字母B所構成的兩個字母e的大小不同，是代表了KEKB加速器的非對稱式能量設計。但是，實際上KEKB加速器內對撞的電子能量較高（8 GeV），而正子能量較低（3.5 GeV），剛好與組成字母B的兩個正反字母e大小相反。

B-Lab
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B-Lab（ビー・ラボ）是一個讓一般高中生參與，了解物理學家如何發現新粒子為目的的科學營活動。參加B-Lab活動的高中生，由高能加速器研究機構的研究人員指導，使用一小部份Belle實驗的真實數據，來進行數據分析的工作。如果真的因此發現了新粒子，參加活動的學生，將可以留名在Belle實驗的偵測器上。（不過目前還沒有同學有發現未知粒子）為了讓參加的高中生能夠更快地進入狀況，數據分析的工具不同於一般的研究人員使用Linux作業系統下的ROOT或PAW，而是使用Windows版的ROOT（英语：）程式來進行。

Belle Plus
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以高中生為對象，不定期舉辦的基本粒子科學營。目的是讓一般的高中生可以體驗，在Belle實驗進行研究工作的科學家之研究生活。科學營的活動內容包含了有分析軟體撰寫的課程，以及硬體設計製作有關的活動。

諾貝爾物理學獎
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2008年十月七日瑞典皇家科學院公佈了2008年諾貝爾物理學獎的得主，其中之一即為前KEK基本粒子原子核研究所長（IPNS, **I**nstitute of **P**article and **N**uclear **S**tudies）小林誠。同時，皇家科學院也強調了**貝爾實驗**在於其有關CP破壞的理論驗證上，扮演重要且關鍵的角色。也因此，KEKB加速器與貝爾偵測器於2010年至2013年的升級計劃，得以獲得KEK機構內部的支持，而正式提交給日本政府審核。

未來升級計畫
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貝爾實驗團隊，目前正提出Belle II的升級企劃案於日本政府審核中。該計畫將以100倍於目前的加速器亮度，產生更多的B介子，做更精確的物理測量。

參見
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* icon物理学主题

* 高能加速器研究機構
* B介子工廠（英语：）
* SuperB（日语：）

參考資料
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1. ↑ . High Energy Accelerator Research Organization, KEK. 2008  [2015-12-08]. （原始内容存档于2015-12-08） （日语）.
2. ↑ . High Energy Accelerator Research Organization, KEK. 2007  [2015-12-08]. （原始内容存档于2015-12-08） （日语）.
3. ↑ . High Energy Accelerator Research Organization, KEK. 2007  [2015-12-08]. （原始内容存档于2015-12-08） （日语）.
4. ↑ . High Energy Accelerator Research Organization, KEK. 2007  [2015-12-08]. （原始内容存档于2015-12-08） （日语）.
5. ↑ . High Energy Accelerator Research Organization, KEK. 2006  [2015-12-08]. （原始内容存档于2015-12-08） （日语）.
6. ↑ . High Energy Accelerator Research Organization, KEK. 2005  [2015-12-08]. （原始内容存档于2015-12-08） （日语）.
7. ↑ . High Energy Accelerator Research Organization, KEK. 2005  [2015-12-08]. （原始内容存档于2015-12-08） （日语）.
8. ↑ . High Energy Accelerator Research Organization, KEK. 2004  [2015-12-08]. （原始内容存档于2015-12-08） （日语）.
9. ↑ . 2003  [2015-12-08]. （原始内容存档于2015-12-08） （日语）.
10. ↑ . 2003  [2015-12-08]. （原始内容存档于2015-12-08） （日语）.

外部連結
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* 高能加速器研究機構諾貝爾獎特集（英文/日文）
* Belle實驗（页面存档备份，存于）（英文/日文）
* B Lab（页面存档备份，存于）（日文）
* Belle Plus（页面存档备份，存于）（日文）