Film: szörföző protonok, gyorsítás az LHC-ben

A gyorsítást végző rádiófrekvenciás üregek (RF cavity) működését Vesztergombi György fizikus magyarázta el a CERN mágnesszerelő csarnokában, ahol az egyik sarokban rábukkantunk egy ilyen szerkezetre.

További magyarázat Agócs András fizikustól:

Az LHC gyorsító egy ún. szinkrotron, amelyben a részecskéket (jelen esetben konkrétan protonokat és nehézionokat) úgy lehet a nyalábcsőben tartani és/vagy gyorsítani, hogy megfelelően időzített elektromágneses térrel befolyásoljuk őket. A kijelölt pályán tartás alapja a Lorentz-féle erő, amely a mágneses térben haladó, elektromos töltéssel rendelkező részecskékre hat. (Ezt használják ki a detektorok is a nagy mágneses terükkel: az ütközésben keletkező részecskék pályája a megfelelő mágneses térben elgörbül, és a rekonstruált pálya görbületéből hasznos információk nyerhetőek ki). A részecskéket gyorsítani pedig elektromos térrel lehet.

A gyorsítóknál általában megfelelően hangolt frekvenciával változtatják az elektromos teret, így az éppen ott tartózkodó részecske olyan térbe kerül, ami tovább növeli az aktuális sebességét: először odavonzza, majd ahogyan áthalad, a tér irányának megváltoztatása továbblöki. Miután a részecske áthaladt a gyorsítószakaszon, a teret vissza kell állítani, hogy a következő részecskét is fel tudja gyorsítani. Amíg nincs beállítva a megfelelő tér, addig a szakasz nem tud megfelelően gyorsítani, sőt akár lassíthat is. Ezért nem lehet folyamatosan küldeni a részecskéket, hanem csak szakaszosan. A szakaszok követési idejét az elektromos mező frekvenciája határozza meg. Figyelni kell arra is, hogy a hatalmas elektromos tér előállítása minél hatékonyabban történjen, ne legyenek veszteségek, ezért a tereket ún. üregrezonátorokban állítják elő (RadioFrequency accelerating cavity, RF cavity, lásd a filmen). Ezekkel elérik, hogy kis térfogatban maradjon a tér és ezáltal az energia, és “ne folyjon szét”.

Természetesen nagyon nehéz és fölösleges lenne egyetlen részecskét így gyorsítani, ehelyett egyszerre több részecske repül a nyalábcsőben, és részecskecsomagok (“bunchok”) követik egymást. Az LHC-ben a gyorsítótér frekvenciája kb. 400 MHz, ami kb. 25 ns (nanomásodperc) követési időnek felel meg. Ezt a rettentően kicsiny követési időt nagyon nehéz megvalósítani, így a tervek szerint több lépcsőben érik el a részecskecsomagok maximális számát.

A nagyon kicsi követési idővel és nagyszámú részecskét tartalmazó csomagokkal lehet elérni a nagy luminozitást, ami a másodpercenkénti ütközések számát jellemzi. Az LHC nemcsak a gyorsítási energiában, hanem a tervezett luminozitásban is minden eddiginél nagyobb értékeket fog el elérni.

Ajánlat: Veszprémi Viktor (ATOMKI, Debrecen) előadása a részecskegyorsítók működéséről és fejlődéséről, magyar nyelven.

Advertisements

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

%d bloggers like this: