Μαθηµα 2 0 24/4/2007
Βασικές Ιδιότητες των Επιταχυντών Σωµατιδίων Το είδος των σωµατιδίων που επιταχύνονται Η ενέργεια στην οποία επιταχύνονται τα σωµατίδια Το ποσοστό της ενέργειας της δέσµης που είναι διαθέσιµο για την παραγωγή ΝΕΩΝ σωµατιδίων Η φωτεινότητα της δέσµης ( Luminosity)
H ενέργεια της δέσµης Για δέσµες υψηλής ενέργειας Τα σωµατίδια περνούν από υψηλά ηλεκτρικά πεδία => τεχνολογικά όρια Περνούν απο πολλά µικρότερα πεδια=>πολλά πεδία κατά µήκος της τροχιάς τους Περνούν πολλές φορές από τις ίδιες κοιλότητες ραδιοσυχνοτήτων (RF cavities)=>κυκλική τροχιά µε διπολικούς µαγνήτες Αλλά τότε : Αν η ενέργεια της δέσµης αυξάνει πρέπει να αυξάνουν ταυτοχρονα τα ηλεκτρικά και µαγνητικά πεδία (synchronously -> Synchrotron) Τα επιταχυνόµενα σωµατίδια παράγουν ακτινοβολία synchrotron
Ακτινοβολία Synchrotron Απώλεια ενέργειας ανά περιστροφή Παράδειγµα : LEP, 2πR=27Km, E=100 GeV (το 2000) ΔΕ = 2GeV!=> στο LEP χρειάζεται όλο και περισσότερη ενέργεια για να αντισταθµίσει αυτή που χάνεται ΝΒ : για σχετικιστιστικά πρωτόνια (β 1) ΔΕ[p]/ΔΕ[e] = (m e /m p ) 4 = 10-13!! ->HERA : Ee = 27.6 GeV & Ep =920 GeV, ΔΕ[p]/ΔΕ[e] = 10-8
Βασικές Ιδιότητες των Επιταχυντών Σωµατιδίων Τα είδη των σωµατιδίων που επιταχύνονται Η ενέργεια στην οποία επιταχύνονται τα σωµατίδια Το ποσοστό της ενέργειας της δέσµης που είναι διαθέσιµο για την παραγωγή ΝΕΩΝ σωµατιδίων Η φωτεινότητα της δέσµης ( Luminosity)
Τι ποσοστό της ενέργειας της δέσµης διατίθεται για την παραγωγή νέων σωµατιδίων? Σε συγκρουστήρες e+eπρακτικά όλη Αλλά: ακτινοβολία γ στην αρχική κατάσταση : Initial State Radiation (ISR) αλλάζει την Εcm Πλεονέκτηµα : η ενέργεια µπορεί να ρυθµιστεί µε ακρίβεια στον ζητούµενο συντονισµό ώστε η ενεργός διατοµή να είναι µέγιστη(π.χ. Ζ: 91GeV, Upsilon : 9.46 GeV) Μειονέκτηµα : όταν ψάχνουµε για νέα σωµατίδια µε άγνωστη µάζα : ΠΡΕΠΕΙ να αλλάζουµε την ενέργεια της δέσµης ώστε να ερευνήσουµε µια περιοχή
Τι ποσοστό της ενέργειας της δέσµης διατίθεται για την παραγωγή νέων σωµατιδίων? Σε συγκρουστήρες αδρονίων: Η hard interaction οφείλεται στα παρτόνια (q,g) x a, x b <<1 Πλεονεκτήµατα : σε κάθε σύγκρουση είναι τυχαία τα x a, x b διερευνούµε µια περιοχή της Εcm: καλό για ανακάλυψη άγνωστων/νεων σωµατιδίων Μειονεκτήµατα : η Εcm ΔΕΝ ειναι γνωστή εκ των προτέρων! Χρειάζονται δέσµες µεγαλύτερης ενέργειας. x a x b =>c.m. boosted w.r.t. lab frame. Δεν είναι γνωστό ποιά σωµατίδια αλληλεπέδρασαν
Βασικές Ιδιότητες των Επιταχυντών Σωµατιδίων Το είδος των σωµατιδίων που επιταχύνονται Η ενέργεια στην οποία επιταχύνονται τα σωµατίδια Το ποσοστό της ενέργειας της δέσµης που είναι διαθέσιµο για την παραγωγή ΝΕΩΝ σωµατιδίων Η φωτεινότητα της δέσµης ( Luminosity)
Φωτεινότητα Φωτεινότητα : Luminosity (L) = πλήθος των αλληλεπιδράσεων ανα µονάδα ενεργού διατοµής Ν= αριθµός γεγονότων dn/dt = σ L
Τυπικές τιµές : Φωτεινότητα Συνήθως τα δεδοµένα που παίρνονται εκφράζονται σε [pb -1 ] integrated luminosity L int = Ldt Το πλήθος των δεδοµένων σε περίοδο Τ : Ν = σ L in = σ L T Μονάδες : 1 barn = 10-24 cm 2, 1 pb (= pico-barn) = 10-12 barn To LEP µπορούσε να παράγει 3 pb -1 σε µια µέρα σ (e + e - hadrons) = 30 nb => 90000 hadronic events/day
Γιατί είναι σηµαντικό να έχουµε µεγάλη φωτεινότητα? Διοτι :Περισσότερα δεδοµένα µικρότερο στατιστικό σφάλµα Διότι : Τα ενδιαφέροντα γεγονότα ειναι σπανια! (µικρή ενεργό διατοµή)
Παραδείγµατα LEP TEVATRON HERA LHC
LHC : Γιατί πρωτόνιο-πρωτόνιο? Σωµάτιο-αντισωµάτιο µπορούν να χρησιµοποιήσουν τον ίδιο σωλήνα δέσµης και τις ίδιες κοιλότητες επιτάχυνσης Πρωτόνιο-πρωτόνιο χρειάζονται δύο σωλήνες δέσµης Χρειαζόµαστε µεγάλη φωτεινότητα (L N particles ) Δύσκολο να πάρουµε πολλα αντιπρωτόνια Εύκολο να πάρουµε πολλα πρωτόνια Εξαύλωση : τα πρωτόνια έχουν κυρίως κουάρκ σθένους Χρειαζόµαστε αντιπρωτόνια για κουάρκ-αντικουάρκ αλληλεπιδράσεις Αλλα : σε υψηλό Q2 έχουµε περισσότερα sea quarks => τα αντιπρωτόνια δεν έχουν πια πλεονεκτήµατα σε σχέση µε τα πρωτόνια
Αναφορικά : υπάρχοντες επιταχυντές
Αναφορικά : προτεινόµενοι ή υπο κατασκευή επιταχυντές