Az LHC fokozatos fejlesztése: luminozitás

Az ütközőnyalábos gyorsítókísérletek két legfontosabb jellemzője az ütközési energia és a luminozitás. Azonos tömegű és energiájú részecskenylábok esetén, amilyen az LHC-é is, az ütközési energia egyszerűen a részecskenyalábok energiájának kétszerese. Az LHC esetén jelenleg a nyalábenergia 3,5 TeV, a protonok teljes ütközési energiája pedig 7 TeV. 2013-ban ezt a kétszeresére fogják növelni, és azzal érik el az eredetileg tervezett 14 TeV-et.

A luminozitás az ütközések gyakoriságát jellemzi. Egyenesen arányos az egymással ütköző nyalábok részecskeszámaival és fordítottan a nyalábok átfedési felületével, hiszen ugyanannyi részecske esetén annál több az ütközés, minél jobban fókuszáltak, azaz mennél kisebb felületen ütköznek. Mértékegysége az ütközések száma felület- és időegységre. Az LHC tervezett teljes luminozitása 10³⁴/cm²/s. Amikor 2010 márciusában sikerült elérnie a jelenlegi nyalábonkénti 3,5 TeV energiát, a luminozitása a négy ütközési pontban 10²⁷ körüli volt, tehát a tervezettnél tízmilliószor kisebb. Azóta azt fokozatosan növelik, kéthavonta mintegy egy nagyságrendet sikerült nyerni, jelenleg sikerült elérni a 10³¹/cm²/s-ot, tehát már csak egy ezrest kell hozniuk.

A kísérletező fizikusokat az érdekli, hány eseményt várhatnak az észlelőrendszerekben egy adott hatáskeresztmetszetű reakcióból. Ezt a teljes luminozitás fogja megmondani, amely egy adott időtartam alatt történt összes ütközéssel arányos, egysége tehát egyszerűen 1/cm². Ha a várható reakciók számát akarjuk megtudni, ezt a reakció hatáskeresztmetszetével kell szoroznunk, a teljes luminozitást tehát célszerűen a hatáskeresztmetszet reciprokával szoktuk kifejezni. A mellékelt ábra a CMS-kísérletnél mért teljes luminozitást mutatja az LHC működési idejére, 2010. szeptember 9-ig, 1/pikobarn egységben (1 barn (b) = 10^-28 m², 1 pikobarn (pb) = 10^-12 b): jól látható a növekedés mértéke. A tervek szerint 2011 végére az LHC teljes luminozitása eléri vagy meghaladja az 1/femtobarn-t (1 femtobarn (fb) = 10^-15 b), amely az előzetes becslések szerint már elegendő lehet új fizikai jelenségek (mint a Világegyetem sötét anyaga) felfedezéséhez.

Szerző: Horváth Dezső (MTA KFKI RMKI)

Újfajta kétrészecske-korreláció megfigyelése az LHC gyorsító CMS detektorával

A CMS Együttműködés 2010. szeptember 21-én nyilvánosságra hozott publikációja, melynek címe: “Hosszútávú azonos oldali korrelációk megfigyelése hadronikus kölcsönhatásokban”, egy új jelenség megfigyelését mutatja be proton-proton ütközésekben.

A “nagy multiplicitású” ütközések vizsgálata – ezekben több mint száz töltött részecske keletkezik – arra utaló jeleket fedett fel, hogy bizonyos részecskék valamilyen módon “korreláltak”, azaz nem függetlenek, valahogy egymáshoz rendelődtek az ütközési pontbeli keletkezésük pillanatában.

Részletek:

New two-particle correlations observed in the CMS detector at the LHC

Beszámoló magyar nyelven (pdf)

A hír azért is érdekes, mert van magyar vonatkozása: a CMS-kísérletben számos magyar kutató dolgozik, a munkában részt vettek Veres Gábor és kollégái is.