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)

Advertisements

3 Responses to Az LHC fokozatos fejlesztése: luminozitás

  1. Lucidus says:

    A meltronx oldalakon a grafikonon az energiát és az intenzitást ábrázolják (ami most egy 12 hatványon levő érték)

    Lehet tudni, hogy milyen intenzitás érték kell ahhoz, hogy a luminozitás elérje a max értéket?
    (Bár gondolom ez a fókuszáltságtól is függ…)

  2. […] a 2010-es küldetést Október 14-én az LHC elérte a 2010-re kitűzött célt, a csúcsluminozitás értéke meghaladta a 1032 cm-2s-1-et. Ez fontos lépés volt afelé, hogy az LHC detektorai 2011 […]

  3. […] melyek 150 ns-onként követték egymást, ezzel a berendezés 2·1032 cm-2s-1 rekord nagyságú luminozitást produkált. A proton-ütköztetések idei utolsó hetében ezt a 150 ns-ot próbálják 50 ns-ra […]

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: