Ο LHC Υπερβαίνει τον Tevatron σχετικά με την Top και Higgs Παραγωγή

(Αρχικό ποστ : LHC Surpasses The Tevatron As A Top And Higgs Factory,  September 26th 2010)

Ο Large Hadron Collider αυξάνει σιγά σιγά την ποσότητα των πακέτων των πρωτονίων που κυκλοφορούν στη μηχανή. Το περασμένο Σάββατο τον γέμισαν με 104 πακέτα πρωτονίων και απέκτησαν το ρεκόρ της στιγμιαίας φωτοβολίας ύψους 3.5 x 10^31 συγκρούσεις ανά τετραγωνικό εκατοστό επί δευτερόλεπτο. Φυσικά αυτό δεν είναι μια έκπληξη : η φωτεινότητα είναι στην ουσία το αποτέλεσμα του αριθμού των σωματιδίων που διασχίζουν το ένα το άλλο  ανά δευτερόλεπτο ανά τη διατομή των δεσμών, γι’ αυτό αν αυξήσουμε την ποσότητα των σωματιδίων και κρατήσουμε σταθερή τη διατομής της δέσμης, η φωτεινότητα πρέπει να αυξηθεί.

Καμία έκπληξη. Παρ’ όλα αυτά είναι καλό να γνωρίζουμε πως σε 13 ώρες περισσότερο από ένα αντίστροφο picobarn δεδομένων σύγκρουσης (1.06/pb, για να είμαστε ακριβείς) μεταφέρθηκε στα πειράματα. Είμαστε ήδη σε θέση να κάνουμε κάνα δυο συγκρίσεις με τον ανταγωνιστικό Tevatron collider, σε αυτό το σημείο.

Πρώτα απ’ όλα η 3.5Ε31 κορυφαία φωτεινότητα απεκτήθει σε ένα διάτημα έξι μηνών από την αρχή των 7 TeV επιχειρίσεων. Στην αρχή ο Tevatron χρειαζόταν δύο χρόνια (2001-2003) για να φτάσει στο ίδιο σημείο, όπως μπορείτε να παρατηρήσετε παρακάτω.

Ακόμα, μπορεί να διαφωνείτε που ο τίτλος της ανάρτησής μου είναι υπέρενθουσιώδης : η κορυφαία στιγμιαία φωτεινότητα του Tevatron είναι δέκα φορές μεγαλύτερη προς το παρών, όπως δείχνουν ξεκάθαρα τα δεξιότερα μπλε σημεία στον ανωτέρω γράφημα. Σίγουρα λοιπόν ο Tevatron παραμένει ακόμα ο πιο ισχυρός παραγωγός σωματιδίων, σωστά ;

Λάθος. Επιτρέψτε μου να εξηγήσω το γιατί. Διαφωνώ πως όσον αφορά στην εκτίμηση της δύναμης ενός επιταχυντή είναι πραγματικά η συχνότητα N παραγωγής σπάνιων σωματιδίων, αφού αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο έχουν κατασκευαστεί αυτές οι μηχανές : και αυτό εξαρτάται όχι μόνο από την στιγμιαία φωτεινότητα L, αλλά και από τη διατομή της παραγωγής των σωματιδίων σ, κατά τον κύριο τύπο

Ν = σ L

Τώρα ο τύπος αμέσως μας δείχνει πως στο ρεκόρ της φωτεινότητας του Tevatron των 4E32 η συχνότητα της παραγωγής των top-antitop ζευγαριών, που στις συγκρούσεις ύψους 1.96-TeV των πρωτονίων- αντιπρωτονίων έχουν μία διατομή 7.5 picobarns είναι

N = 4E32 x 7.5E-36 = 3E-3 Hz

που σημαίνει περίπου δέκα top-antitop ζευγάρια την ώρα. Στο LHC, με την φωτεινότητα 3.5E31 και μία top-antitop διατομή περίπου 160 picobarns, έχουμε αντιθέτως
N = 3.5E31 x 160E-36 = 5.6E-3 Hz:

σχεδόν το διπλάσιο των top quarks ζευγαριών!

Τι συμβαίνει με το Higgs μπουζόνιο; Λοιπόν, για το Higgs έχουμε την πολυτέλεια να μην χρειαζόμαστε να ψάξουμε ανάμεσα στα hep-ph προδημοσιευμένα για να βρούμε τους αριθμούς που θέλουμε:  μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε το περίφημο Higgs Cross Section Online Calculator, χάρη στον Massimiliano Grazzini. Με κάποιες εναλλακτικές επιλογές για μερικές παραμέτρους που θα δωθούν στην εισαγωγή δεδομένων, κατανοούμε ότι στις 7 TeV πρωτόνιων-πρωτόνιων συγκρούσεις η NNLO διατομή παραγωγής για ενα 120 GeV Higgs μποζονιο είναι 14.8 pb. Στις 2 TeV  πρωτονίων-πρωτονίων συγκρούσεις, ο ίδιος υπολογισμός προβλέπει πως για ενα 120 GeV Higgs μποζόνιο η NNLO διατομή είναι 0.91 pb. Επομένως έχουμε ως εξης:

Ρεκόρ Tevatron Higgs συχνότητας: N = 4E32 x 0.91E-36 = 3.6E-4 Hz
Ρεκόρ LHC Higgs συχνότητας: N = 3.5E31 x 14.8 E-36 = 5.2E-4 Hz

Επομένως  παράγονται ακόμα περισσότερα Higgs μποζόνια το δευτερόλεπτο στο LHC. Το LHC έχει επομένως υπερβεί τον Tevatron στην συχνότητα παραγωγής σπανίων σωματιδίων.

Εντάξει, αυτό ξεκαθαρίζει τη γνώμη μου. Παρ΄όλα αυτά είναι απίσης ξεκάθαρο πως πρέπει να αναμένουμε περισσότερα ρεκόρ μέσα στις επόμενες εβδομάδες. το LHC τώρα περιστρέφει 104 πακέτα πρωτονίων, αλλά η μέγιστη δυνατότητά του είναι 2808 πακέτα, το οποίο θα αυξήσει την στιγμιαία φωτεινότητα περισσότερο από εκατό φορές. Αλλά για να επιτευχθεί αυτό θα πάρει λίγο χρόνο.

About qdsgreek

Greek version of "A Quantum Diaries Survivor" blog
This entry was posted in Πείραμα, LHC. Bookmark the permalink.

9 απαντήσεις στο Ο LHC Υπερβαίνει τον Tevatron σχετικά με την Top και Higgs Παραγωγή

  1. Ο/Η Christos λέει:

    Hi Tommaso (not sure should I comment in Greek or English here?!),

    just so that you know, luminosity translates as φωτεινότητα and collider can be translated as συγκρουστήρας (it does sound a bit strange in a Greek’s ears but that’s the word being used)

    Keep up the good work!

    cheers,
    Christos.

    Μου αρέσει!

  2. Ο/Η qdsgreek λέει:

    Thank you Christos! I have replaced the incorrect translation of «luminosity» in the text now. I appreciate your corrections!

    Cheers,
    T.

    Μου αρέσει!

  3. Ο/Η Αλέξανδρος λέει:

    Μπράβο ρε Τ. Πολύ καλό άρθρο. Ίσως θα ήταν καλά να εξηγούσες επίσης πως ρυθμίσανε τις δέσμες για να αυξήσουνε τη φωτεινότητα (bunches, trains, beta function etc..)

    Μου αρέσει!

  4. Ο/Η tulpoeid λέει:

    I’ll disagree with συγκρουστήρας because it’s never used – I at least had not seen it in use not even a single time, and the official greek translation of LHC is Μεγάλος επιταχυντής αδρονίων… which is not correct but sounds a little less awkward than συγκρουστήρας.
    Other than this, I’m still in shock with these articles…

    Μου αρέσει!

  5. Ο/Η Emma λέει:

    auta ta dedomena tou LHC katagrafontai gia na meleth8oun, h apla einai mono dokimastika?
    dhladh
    mporei na anakalypsoun ena higgs px? (ane3arthta apo to σ effect)

    Μου αρέσει!

  6. Ο/Η qdsgreek λέει:

    Geia Emma,
    nai, exoume hdh brei kapoia nea pragmata !
    To Higgs prepei na perimene omws…
    Cheers,
    T.

    Μου αρέσει!

Σχολιάστε

Εισάγετε τα παρακάτω στοιχεία ή επιλέξτε ένα εικονίδιο για να συνδεθείτε:

Λογότυπο WordPress.com

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό WordPress.com. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Φωτογραφία Twitter

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Twitter. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Φωτογραφία Facebook

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Facebook. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Φωτογραφία Google+

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Google+. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Σύνδεση με %s