2019年3月11日，SuperKEKB对撞机成功开始三期工程(Phase 3)阶段的运行工作，这是SuperKEKB物理运行的开始，与此同时，运行在该对撞机上的Belle II探测器也开始对撞数据的采集，进入物理研究阶段。这是日本引领的粒子对撞机发展史上的重要里程碑之一。
位于日本科学城——筑波市的高能加速器研究机构(KEK)，是日本的国家实验室，世界著名的高能物理研究中心之一。该机构的KEKB加速器运行于1999至2010年期间，目前仍保持着世界正负电子对撞机的最高亮度记录。作为其继任者，SuperKEKB加速器计划达到KEKB最高亮度的四十倍以上，成为全世界第一的超级B介子工厂。Belle II实验的目标是收集相当于其前任——Belle实验50倍以上的数据，用于寻找隐藏在亚原子粒子内部的新物理，以揭示宇宙产生早期的谜题。Belle II实验将成为接下来十余年的时间里，国际上最先进的粒子物理实验之一。
复旦大学于2017年加入Belle II实验，成为正式的Belle II合作组成员，并于2018年与KEK签署了关于开展Belle II实验的框架合作协议。我校目前正基于现代物理研究所大力开展高能核物理与粒子物理等方面的研究，Belle II实验是我校参与的重要国际合作实验。我校目前有一位青年研究员担任Belle II合作组的执行委员会(Executive Board)委员，一名教授担任粲偶素物理组的召集人以及Belle II经济委员会委员。我校在Belle II实验中承担越来越重要的研究任务，包括新强子态、重夸克偶素和B介子衰变等物理研究，以及Belle II探测器中的KL和Muon子探测器(KLM)的运行维护、升级研发以及全局数据获取系统(DAQ)的升级研究等。我校正在参与的大型国际合作实验还有位于美国的STAR与sPHENIX实验、在欧洲核子研究中心(CERN)的CMS实验以及在中国科学院高能物理研究所的BESIII实验。
Belle II实验的项目进展
Belle实验于2010年结束取数，与其位于美国斯坦福加速器中心的BaBar实验，共同在B介子衰变的弱相互作用中验证了电荷-宇称守恒的破缺(Charge-Parity Violation, 简称为CPV)。实验研究获得诺贝尔基金会的认可，并直接使得2008年诺贝尔物理学奖被授予发展了弱相互作用过程中的CPV理论的小林诚和益川敏英两位教授。
Belle II和SuperKEKB于2010年底开始建设，是Belle 和KEKB的重要升级。SuperKEKB加速器以对撞亮度达到KEKB的40倍作为设计目标。此目标的实现主要基于尖端的束流尺寸设计，即将束流尺寸缩减至纳米尺度，称为“nano-beam”方案。在这样的设计下，对撞点处的束流尺寸会缩减至KEKB的1/20。同时，将束流强度增至KEKB束流的两倍，以最终达到40倍于KEKB的对撞亮度。这些升级将大幅度提高数据的产生量，但同时也将会使得束流本底显著增强。新建造的Belle II探测器将适应在如此极端条件下的高能粒子探测和数据获取工作。
SuperKEKB加速器的一期工程（Phase 1）于2016年2月成功结束，在加速器双环中均实现了低辐射低强度水平束流的环形运转，但没有进行对撞实验。随后，实验人员安装了用于束流最终聚焦的超导磁铁和Belle II的外层探测器。二期工程（Phase 2）开始于2018年3月，并于当年4月26日的最初几小时内获得首批对撞事例。Belle II合作组成员在2018年的多个国际会议上报告了Phase 2运行的初步结果。
在所有内层顶点探测器安装完成后，Belle II完成了全部的子探测器安装工作，并为物理运行阶段——即三期工程（Phase 3）——的长期数据采集做好了准备。
Belle II 实验的物理目标
寻找粒子物理标准模型无法解释的新物理现象和对已知现象的精确测量是Belle II实验升级的主要目标。
SuperKEKB加速器上的正负电子对撞过程将产生大量低本底的B介子对事例。这些粒子衰变过程是寻找和发现与当前公认理论存在偏差的物理现象的理想素材。一旦发现与现有理论存在显著偏差的现象，就将会是自20世纪70年代标准模型诞生以来首批新物理发现之一。
寻找此类新物理需要极大的B介子对数据样本，其统计量为以往正负电子对撞中收集到数据样本的许多倍。为了取得这种统计量的数据样本，Belle II实验计划产生约为原Belle实验50倍的B介子对事例（Belle实验收集了约7.6亿个这种事例），成为世界第一的超级B工厂。
Belle II实验的学科背景
宇宙中的所有可见物质都是由原子构成，原子由原子核以及环绕其外的电子组成。原子核由质子和中子结合而成，这两种粒子统称为核子。核子的内部存在更小的粒子——夸克。目前，在基本粒子物理中普遍认为夸克以及轻子（电子、中微子等）是“基本粒子”，它们是最小的物质单元，不能被继续分割下去。
夸克和轻子之外，还存在“力的携带者”——传播子，它们在基本粒子之间传播基本相互作用（电磁力、强力和弱力）。希格斯粒子(Higgs)于2012年在欧洲核子研究中心被发现，并成为2016年诺贝尔物理学奖的颁奖内容。在希格斯机制中，希格斯粒子是基本粒子获得质量的关键。引力是另一种基本相互作用，作为其携带者的粒子还未被直接探测到。
夸克无法单独存在，只能成对或者以三个为一组的形式存在。像质子和中子一类，由三个夸克组成的粒子被称为重子，相应地，由成对夸克构成的粒子被称作介子。
基本粒子和基本相互作用的性质和行为由粒子物理标准模型来描述。但目前仍有许多超出标准模型理论范畴的现象存在，比如宇宙中的物质显著多于反物质，并且存在大量的暗物质和暗能量等。这些都显示出标准模型的不完善。为了获得宇宙本质和物理规律的全景，探索超出标准模型的物理是当前理论和实验的需求。
近些年来，在B物理中发现的大量新物理迹象引起了世界范围的强烈关注。Belle II将在接下来的十余年里积累足够的数据，确认或排除这些可能性。
Belle II实验相关的专业术语
SuperKEKB加速器
SuperKEKB是日本最大的正负电子对撞机，修建在日本KEK国家实验室筑波园区地下11米处。SuperKEKB是双环结构，每个环的周长约为3千米。对撞机中的束流能量不对称，对撞的总能量约为10.6GeV。非对称能量束流的设计是为了使衰变中产生的粒子获得一定的速度以便飞行更长的距离，便于探测器寻找和重建粒子的径迹。
Belle II 探测器
Belle II探测器是环绕在SuperKEKB加速器对撞点位置的大型综合粒子探测器，长宽高均为8米左右，重约1400吨。Belle II探测器的目标是测量由介子衰变产生的粒子谱，鉴别它们的种类并测量它们的能量和动量。Belle II探测器如同一个数码相机，能够测量粒子衰变的关键信息。
Belle II合作组
Belle II合作组是一个国际合作组，由来自于世界范围的26个国家和地区的近900名科研人员组成。合作组的科研人员在子探测器的设计、组装、测试、试运行以及实验操作等多方面开展广泛的合作。物理数据分析工作基于全球分布式计算网络。该网络以KEK实验室的计算研究中心为核心，联合世界范围内众多的国家实验室和大学的计算机系统而成。
对撞亮度
对撞亮度（或简称“亮度”）是粒子物理实验中的一个常用指标，表征加速器束流中有多少粒子可以发生对撞。亮度乘以粒子相互作用对应的产生截面就得到单位时间内相互作用发生的次数。KEKB对撞机保持着目前正负电子对撞亮度的世界纪录，为2.1×1034 cm-2s-1，SuperKEKB对撞机的设计亮度是0.8×1036 cm-2s-1.
顶点探测器
Belle II的顶点探测系统是重建B介子衰变顶点的基础。它包含两层位于内部的硅像素探测器（PXD）和外围的四层硅微条探测器（SVD）。PXD由75微米尺寸的传感器组成，SVD由双侧硅微条组成，凭借创新性的“Origami”技术，使得读出电子学能够放置于位于传感器顶端的高辐射敏感区域。
图1. Belle II实验的工程时间表
图2. SuperKEKB加速器及其主控制室
图3. Belle II探测器及其主控制室
延伸阅读：
https://www.kek.jp/en/newsroom/2019/03/11/1600/
