Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων ΙΙ (8ου εξαμήνου) Μάθημα 2α: Επιταχυντές (β' μέρος) Λέκτορας Κώστας Κορδάς Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης Στοιχειώδη.

Παρουσίαση με θέμα: "Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων ΙΙ (8ου εξαμήνου) Μάθημα 2α: Επιταχυντές (β' μέρος) Λέκτορας Κώστας Κορδάς Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης Στοιχειώδη."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων ΙΙ (8ου εξαμήνου) Μάθημα 2α: Επιταχυντές (β' μέρος) Λέκτορας Κώστας Κορδάς Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης Στοιχειώδη ΙΙ, Αριστοτέλειο Παν. Θ/νίκης, 9 Μαρτίου 2010

2 Θ/νίκη - 9-Μαρ-2010Κ. Κορδάς - Επιταχυντές-Β2 Τι θα συζητήσουμε Τι είδαμε στο προηγούμενο μά8ημα Επιταχυντές (β' μέρος):  Φωτεινότητα και ενεργός διατομή  Συγκρουστές ηλεκτρονίων ή πρωτονίων; Τι συγκρούεται πραγματικά σε σκεδάσεις πρωτονίων  Παραδείγματα επιταχυντών

3 Θ/νίκη - 9-Μαρ-2010Κ. Κορδάς - Επιταχυντές-Β3 Επιταχυντές – προηγούμενο μάθημα Γενικά - συστατικά επιταχυντών  ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία Γραμμικοί και κυκλικοί επιταχυντές Σταθερού στόχου (fixed target) και Συγγρουόμενων δεσμών (colliding beams – colliders) Τι σωματίδια επιταχύνουμε και συγκρούουμε; Επιταχυντές - ελεγχόμενο περιβάλλον σκεδάσεων

4 Θ/νίκη - 9-Μαρ-2010Κ. Κορδάς - Επιταχυντές-Β4 Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων - Πολύπλοκα πειράματα Επιταχυντές δεσμών Σωματιδίων Ανιχνευτική Διάταξη Συλλογή Δεδομένων Ανάλυση Δεδομένων Φυσική - Νέα Γνώση Συνέργεια πολλών: Δέσμες σωματιδίων Ανιχνευτές Ηλεκτρονικά Υπολογιστές Πειράματα στο CERN: πειράματα στο LEP: > 300 άτομα πειράματα στο LHC: > 2000 άτομα (φυσικοί, μηχανικοί, τεχνικοί)

5 Θ/νίκη - 9-Μαρ-2010Κ. Κορδάς - Επιταχυντές-Β5 Επιτάχυνση σωματιδίων σε δέσμες Βending Πηγή σωματιδίων Μαγνήτες καμπύλωσης Γραμμικός επιταχυντής Φορά σωματιδίων Με τις κοιλότητες πετυχαίνουμε ομαδοποίηση των επιταχυνόμενων σωματιδίων σε δέσμες +-+- Γραμμικός επιταχυντής Κοιλότητες επιτάχυνσης με εναλλασόμενο πεδίο

6 Θ/νίκη - 9-Μαρ-2010Κ. Κορδάς - Επιταχυντές-Β6 Κυκλικοί επιταχυντές – αρχές: κύκλοτρο 1930, Lawrence, πρωτόνια 100 MeV 1930, στο κύκλοτρο του Lawrence; πρωτόνια 100 MeV = 0.1 GeV Σημείωση: 1 πρωτόνιο έχει μάζα ~1 GeV η ενέργεια που έχει επειδή απλά υπάρχει: → όση Kινητική Ενέργεια αποκτά επιταχνόμενο σε 10 9 Volts 1 ηλεκτρόνιο έχει μάζα ~2000 φορές λιγότερο (0.51 MeV) Εναλλάσουμε το ηλεκτρικό πεδίο και κρατάμε το μαγνητικό σταθερό → μεγαλώνει η ακτίνα της κυκλικής τροχιάς + + - -

7 Θ/νίκη - 9-Μαρ-2010Κ. Κορδάς - Επιταχυντές-Β7 Κυκλικοί επιταχυντές LHC tunnel Αλλά τότε: Όσο η ενέργεια της δέσμης αυξάνει, πρέπει να αυξάνουν ταυτόχρονα (συγχρόνως) και η συχνότητα αλλαγής του ηλεκτρικού πεδίου και τα μαγνητικά πεδία (synchronously -> “Synchrotron”) Τα επιταχυνόμενα σωματίδια περνούν πολλές φορές από τις ίδιες κοιλότητες ραδιοσυχνοτήτων (RF cavities) Κράτημα σε κυκλική τροχιά με διπολικούς μαγνήτες

8 Θ/νίκη - 9-Μαρ-2010Κ. Κορδάς - Επιταχυντές-Β8 Ακτινοβολία Σύγχροτρον Όταν ένα φορτισμένο σωμάτιο επιταχύνεται, εκπέμπει ακτινοβολία → χάνει ενέργεια Στον κυκλικό επιταχυντή, τα σωματίδια έχουν κεντρομόλο επιτάχυνση, ακόμα κι όταν φτάσουν στη μέγιστη ενέργεια και δεν αποκτούν επιπλέον ορμή Απώλεια ενέργειας ανά περιστροφή: Παράδειγμα: LEP, 2πR=27Km, Ee=100 GeV (το 2000 είχαμε ηλεκτρόνια) ΔΕ = 2GeV! => στο LEP χρειάζεται ενέργεια για να αντισταθμίσει αυτή που χάνεται,και να παραμείνουν τα ηλεκτρόνια με ενέργεια 100 GeV ΝΒ: για σχετικιστιστικά πρωτόνια(β≈1) ΔΕ[p]/ΔΕ[e] = (m e /m p ) 4 = 10 -13 ! → επιταχυντής HERA : Ee = 27.6 GeV & Ep =920 GeV, ΔΕ[p]/ΔΕ[e] = 10 -8

9 Θ/νίκη - 9-Μαρ-2010Κ. Κορδάς - Επιταχυντές-Β9 Επιταχυντές για πειράματα σταθερού στόχου Συγκρουστήρες δεσμών Η εξαγόμενη δέσμη (p) προσκρούει σε σταθερό στόχο --> παράγονται δευτερεύουσες δέσμες: (μ ±, Κ ±, π ±, p ±, e ±, v, γ, Κ° L ) Έτσι μπορούμε να παράγουμε δέσμες «σταθερών» σωματιδίων: e +, e -, p, pbar, A n+, μ ± ?(μέλλον) Κατά κανόνα “λίγη” ενέργεια είναι διαθέσιμη για την παραγωγή σωματιδίων (Εcm = ενέγεια στο κέντρο μάζας), ενώ πολύ ενέργεια γίνεται κινητική ενέργεια των προϊόντων της σύγκρουσης Βλήμα Στόχος Σταθερού στόχου = fixed target

10 Θ/νίκη - 9-Μαρ-2010Κ. Κορδάς - Επιταχυντές-Β10 Επιταχυντές για πειράματα συγκρουόμενων δεσμών Συγκρουστήρες δεσμών Σταθερού στόχου Συγκρουστήρες δεσμών Κατά κανόνα πολύ ενέργεια είναι διαθέσιμη για την παραγωγή σωματιδίων (Εcm = ενέγεια στο κέντρο μάζας) Παράδειγμα: Συγκρουόμενες δέσμες πρωτονίων με 450 GeV η κάθε μία --> Ecm = (450 + 450) GeV = 900 GeV διαθέσιμη για τη δημιουργία σωματιδίων 1MΜ1MΜ

11 Θ/νίκη - 9-Μαρ-2010Κ. Κορδάς - Επιταχυντές-Β11 Είδη επιταχυνόμενων σωματιδίων Φορτισμένα Σταθερά ή αταθή αλλά αρκετά μακρόβια Ασταθή; → αλλά, εξ' αιτίας του παράγοντα Lorentz: γτ  Ένα σωματίδιο με χρόνο ζωής τ (στο δικό του σύστημα)  Έχει χρόνο ζωής γτ στο δικό μας σύστημα παρατήρησης Στην πράξη σήμερα οι συγκρουστήρες σωματιδίων χρησιμοποιούν:  Ηλεκτρόνια (e - )  Ποσιτρόνια (e + )  Πρωτόνια (p)  Αντιπρωτόνια (p)

12 Θ/νίκη - 9-Μαρ-2010Κ. Κορδάς - Επιταχυντές-Β12 Όλο και μεγαλύτερη ενέργεια → ανακαλύψεις 19301950197019902010 1 MeV 10 MeV 100 MeV 1 GeV 10 GeV 100 GeV 1 TeV 10 TeV 100 TeV 1 PeV 10 PeV 100 PeV 1 EeV LHC LEP HERA ISR SppS Tevatron Χρονιά Έναρξης Λειτουργίας ← αναγωγή σε αντίστοιχη ενέργεια βλήματος για πείραμα σταθερού στόχου (“fixed target experiment”)

13 Θ/νίκη - 9-Μαρ-2010Κ. Κορδάς - Επιταχυντές-Β13 Σύμπαν vs. Συγκρουστές δεσμών (colliders) Κοσμική ακτινοβολία προσπίπτει στην ανώτερη ατμόσφαιρα και δίνει συγκρούσεις σταθερού στόχου με  ενέργεια πολύ μεγαλύτερη από το LHC  Αλλά και πολύ πιο σπάνιες και προς όλες τις κατευθύνσεις LHC: 10 9 συγκρούσεις ανά δεπτερόλεπτο σε ελεγχόμενο περιβάλλον LHC 10000 particles/km 2 /year

14 Θ/νίκη - 9-Μαρ-2010Κ. Κορδάς - Επιταχυντές-Β14 Επιταχυντές – β' μέρος Φωτεινότητα και ενεργός διατομή Συγκρουστές ηλεκτρονίων ή πρωτονίων;  Τι συγκρούεται πραγματικά σε σκεδάσεις πρωτονίων Παραδείγματα επιταχυντών

15 Θ/νίκη - 9-Μαρ-2010Κ. Κορδάς - Επιταχυντές-Β15 Φωτεινότητα και ενεργός διατομή Προϋπόθεση για αλληλεπίδραση δύο σωματιδίων, είναι να “βρεθούν” κοντά.  Πόσα σωματίδια περνoύν ανά cm 2 σε κάθε δευτερόλεπτο;  Δηλ., ποιά είναι η “φωτεινότητα” της περιοχής συγκρούσεων; Η πιθανότητα αλληλεπίδρασης δίνεται από την ενεργό διατομή (σ) dN/dt = σ L αριθμός αλληλεπιδράσεων ανά sec Η ενεργός διατομή σ μιας αλληλεπίδρασης, έχει μονάδες επιφάνειας → Τα σωματίδια ως πιάτα επιφανειας σ, που αλληλεπιδρούν με ό,τι βρούν στο διάβα τους. Ενεργός διατομή = Cross section Φωτεινότητα = Luminosity

16 Θ/νίκη - 9-Μαρ-2010Κ. Κορδάς - Επιταχυντές-Β16 Φωτεινότητα σε πειράματα fixed target Προϋπόθεση για αλληλεπίδραση δύο σωματιδίων, είναι να “βρεθούν” κοντά.  Πόσα σωματίδια περνoύν ανά cm 2 σε κάθε δευτερόλεπτο;  Δηλ., ποιά είναι η “φωτεινότητα” της περιοχής συγκρούσεων; Η πιθανότητα αλληλεπίδρασης δίνεται από την ενεργό διατομή (σ)

17 Θ/νίκη - 9-Μαρ-2010Κ. Κορδάς - Επιταχυντές-Β17 Φωτεινότητα σε colliders Προϋπόθεση για αλληλεπίδραση δύο σωματιδίων, είναι να “βρεθούν” κοντά.  Πόσα σωματίδια περνoύν ανά cm 2 σε κάθε δευτερόλεπτο;  Δηλ., ποιά είναι η “φωτεινότητα” της περιοχή συγκρούσεων; Η πιθανότητα αλληλεπίδρασης δίνεται από την ενεργό διατομή (σ) Η φωτεινότητα έιναι γεωμετρικό χαρακτηριστικό των συγκρουόμενων δεσμών

18 Θ/νίκη - 9-Μαρ-2010Κ. Κορδάς - Επιταχυντές-Β18 Φωτεινότητα σε colliders - Παραδείγματα Τυπικές τιμές φωτεινότητας (luminosity): Συνήθως τα δεδομένα που συλλέγονται εκφράζονται σε [pb -1 ] integrated luminosity L int = ∫Ldt Το πλήθος των δεδομένων σε μια χρονική περίοδο:  Ν = σ L int = σ L int = σ ∫Ldt Μονάδες ενεργoύ διατομής:  1 barn = 10 -24 cm 2  1 pb (= pico-barn) = 10 -12 barn To LEP (e + e - ) μπορούσε να παράγει 3 pb -1 σε μια μέρα  σ (e + e - → hadrons) = 30 nb => 90000 hadronic events/day

19 Θ/νίκη - 9-Μαρ-2010Κ. Κορδάς - Επιταχυντές-Β19 Φωτεινότητα σε colliders - Παραδείγματα Τυπικές τιμές φωτεινότητας (luminosity): Συνήθως τα δεδομένα που συλλέγονται εκφράζονται σε [pb -1 ] integrated luminosity L int = ∫Ldt Το πλήθος των δεδομένων σε μια χρονική περίοδο:  Ν = σ L int = σ L int = σ ∫Ldt Μονάδες ενεργoύ διατομής:  1 barn = 10 -24 cm 2  1 pb (= pico-barn) = 10 -12 barn To LEP (e + e - ) μπορούσε να παράγει 3 pb -1 σε μια μέρα  σ (e + e - → hadrons) = 30 nb => 90000 hadronic events/day e+ e- @ Ecm = 91 GeV pp @ Ecm = 14 TeV e+ e- @ Ecm = 10.5 GeV

20 Θ/νίκη - 9-Μαρ-2010Κ. Κορδάς - Επιταχυντές-Β20 Φωτεινότητα σε colliders - Παραδείγματα Τυπικές τιμές φωτεινότητας (luminosity): Συνήθως τα δεδομένα που συλλέγονται εκφράζονται σε [pb -1 ] integrated luminosity L i n t = ∫Ldt Το πλήθος των δεδομένων σε μια χρονική περίοδο:  Ν = σ L int = σ L i n t = σ ∫Ldt Μονάδες ενεργoύ διατομής:  1 barn = 10 -2 4 cm 2  1 pb (= pico-barn) = 10 -1 2 barn To LEP (e + e - ) μπορούσε να παράγει 3 pb -1 σε μια μέρα  σ (e + e - → hadrons) = 30 nb => 90000 hadronic events/day e+ e- @ Ecm = 91 GeV pp @ Ecm = 14 TeV e+ e- @ Ecm = 10.5 GeV

21 Θ/νίκη - 9-Μαρ-2010Κ. Κορδάς - Επιταχυντές-Β21 Γιατί είναι σημαντικό να έχουμε μεγάλη φωτεινότητα; Π.χ. Συγκρουστές πρωτονίων ==> Διότι : 1) Τα ενδιαφέροντα γεγονότα είναι σπάνια! (μικρή ενεργό διατομή για την παραγωγή τους) 2) Όσο περισσότερα δεδομένα συλλέγουμε, τόσο καλύτερη μέτρηση κάνουμε (με μικρότερο στατιστικό σφάλμα) Ecm (TeV) σ (nb) Δυό γενιές συγκρουστών πρωτονίων - Tevatron: proton – antiproton - LHC: proton - proton

22 Θ/νίκη - 9-Μαρ-2010Κ. Κορδάς - Επιταχυντές-Β22 Σύγκρουση ηλεκτρονίων, π.χ. στο LEP Έχουμε δεί ότι η ενέργεια που χάνει ένα σωματίδιο σε μια περιστροφή του γύρω σ'έναν κυκλικό επιταχυντή έιναι: ΔΕ ~ Με το LEP (e + e -- @ Ecm = 91-209 GeV) φτάσαμε στο όριο των κυκλικών επιταχυντών ηλεκτρονίων.  Ανάγκη γραμμικού επιταχυντή για μεγαλύτερες ενέργειες Σε e+ e-, συκρούονται στοιχειώδη σωμάτια (χωρίς δομή)  όλη η ενέργεια σύγκρουσης είναι διαθέσιμη για παραγωγή νέων σωματιδίων Η ενέργεια είναι ~καθορισμένη → ρυθμίζουμε για παραγωγή συγκεριμένου σωματιδίου (π.χ. e + e -- → Ζ, στα 91 GeV) R M 4 1

23 Θ/νίκη - 9-Μαρ-2010Κ. Κορδάς - Επιταχυντές-Β23 Σύγκρουση ηλεκτρονίων: π.χ. στο LEP Η ενέργεια ρυθμίζεται για παραγωγή συγκεριμένου σωματιδίου (π.χ. e + e -- → Ζ, με Ecm = 91 GeV) → Αλλά όταν ψάχνουμε για νέα σωματίδια, με άγνωστη μάζα πρέπει να αλλάζουμε την ενέργεια της δέσμης για να ερευνήσουμε μια περιοχή μάζας (“energy scan”) μέχρι να πέσουμε σε συντονισμό

24 Θ/νίκη - 9-Μαρ-2010Κ. Κορδάς - Επιταχυντές-Β24 Σύγκρουση ηλεκτρονίων: π.χ. στο LEP Η ενέργεια ρυθμίζεται για παραγωγή συγκεριμένου σωματιδίου (π.χ. e + e -- → Ζ, με Ecm = 91 GeV) → Αλλά όταν ψάχνουμε για νέα σωματίδια, με άγνωστη μάζα πρέπει να αλλάζουμε την ενέργεια της δέσμης για να ερευνήσουμε μια περιοχή μάζας (“energy scan”) μέχρι να πέσουμε σε συντονισμό “Λεπτομέρεια”: η ενέργεια σύγκρουσης δεν είναι πάντα ακριβώς αυτή που ορίσαμε: → αν έχουμε ακτινοβολία γ στην αρχική κατάσταση (“initial state radiation”) τότε έχουμε μια σύγκρουση e + e -- με λιγότερη ενέργεια απ' ό,τι υπολογίζαμε

25 Θ/νίκη - 9-Μαρ-2010Κ. Κορδάς - Επιταχυντές-Β25 Σύγκρουση πρωτονίων p p: Συγκρούονται MH στοιχειώδη σωμάτια A+B: → Ουσιαστικά, συγκρούονται κάποια απ' τα συστατικά τους (“παρτόνια” = κουάρκ και γκλουόνια) a + b, τα οποία είναι στοιχειώδη A+B: E C M 2 ~ 4 E A E B a+b: (Effective E C M ) 2 ~ 4 (x a E A ) (x b E B ) = x a x b E C M 2 Effective E C M = sqrt(x a x b ) E C M Σημείωση: s = E C M 2 → E C M = sqrt(s) s = (Effective E C M ) 2 ^

26 Θ/νίκη - 9-Μαρ-2010Κ. Κορδάς - Επιταχυντές-Β26 Σύγκρουση πρωτονίων p p: Συγκρούονται MH στοιχειώδη σωμάτια A+B: → Ουσιαστικά, συγκρούονται κάποια απ' τα συστατικά τους (“παρτόνια” = κουάρκ και γκλουόνια) a + b, τα οποία είναι στοιχειώδη Το κλάσμα της ορμής (x a ) που μεταφέρει το παρτόνιο a δεν είναι πάντα το ίδιο → κατανομή Παρτόνια μέσα στο πρωτόνιο:  “valence quarks”: u u d  gluons  “sea quarks” (απ' όλα τα είδη) x = momentum fraction

27 Θ/νίκη - 9-Μαρ-2010Κ. Κορδάς - Επιταχυντές-Β27 x = momentum fraction Σύγκρουση πρωτονίων Σ ύγκρουση p p: τα x a, x b είναι τυχαία Πλεονεκτήματα: διερευνούμε μια περιοχή της Ε C M : καλό για ανακάλυψη άγνωστων/νέων σωματιδίων

28 Θ/νίκη - 9-Μαρ-2010Κ. Κορδάς - Επιταχυντές-Β28 x = momentum fraction Σύγκρουση πρωτονίων Σ ύγκρουση p p: τα x a, x b είναι τυχαία Πλεονεκτήματα: διερευνούμε μια περιοχή της Ε C M : καλό για ανακάλυψη άγνωστων/νέων σωματιδίων Μειονεκτήματα: → Δεν είναι γνωστό ποιά σωματίδια αλληλεπέδρασαν => περίπλοκοι υπολογισμοί

29 Θ/νίκη - 9-Μαρ-2010Κ. Κορδάς - Επιταχυντές-Β29 x = momentum fraction Σύγκρουση πρωτονίων Σ ύγκρουση p p: τα x a, x b είναι τυχαία Πλεονεκτήματα: διερευνούμε μια περιοχή της Ε C M : καλό για ανακάλυψη άγνωστων/νέων σωματιδίων Μειονεκτήματα: → Δεν είναι γνωστό ποιά σωματίδια αλληλεπέδρασαν => περίπλοκοι υπολογισμοί → η Ε C M ΔΕΝ είναι γνωστή εκ των προτέρων => θέλουμε p p δέσμες μεγάλης ενέργειας για να έχουμε αρκετή πιθανότητα για μεγάλα p a, p b => για παραγωγή βαρέων σωματιδίων

30 Θ/νίκη - 9-Μαρ-2010Κ. Κορδάς - Επιταχυντές-Β30 x = momentum fraction Σύγκρουση πρωτονίων Σ ύγκρουση p p: τα x a, x b είναι τυχαία Πλεονεκτήματα: διερευνούμε μια περιοχή της Ε C M : καλό για ανακάλυψη άγνωστων/νέων σωματιδίων Μειονεκτήματα: → Δεν είναι γνωστό ποιά σωματίδια αλληλεπέδρασαν => περίπλοκοι υπολογισμοί → η Ε C M ΔΕΝ είναι γνωστή εκ των προτέρων => θέλουμε p p δέσμες μεγάλης ενέργειας για να έχουμε αρκετή πιθανότητα για μεγάλα p a, p b => για παραγωγή βαρέων σωματιδίων → x a ≠ x b => p a ≠ -p b => C.M. ‘boosted’ w.r.t. lab frame => δεν ξέρουμε την αρχική ορμή κατά μήκος των δεσμών πρωτονίων (άξονας z) => μόνο (x,y)

31 Θ/νίκη - 9-Μαρ-2010Κ. Κορδάς - Επιταχυντές-Β31 Παραδείγματα κυκλικών επιταχυντών LEP TEVATRON HERA LHC

32 Θ/νίκη - 9-Μαρ-2010Κ. Κορδάς - Επιταχυντές-Β32 LEP: Large Electron Positron (e + e -- )

33 Θ/νίκη - 9-Μαρ-2010Κ. Κορδάς - Επιταχυντές-Β33 LEP: Large Electron Positron (e + e -- )

34 Θ/νίκη - 9-Μαρ-2010Κ. Κορδάς - Επιταχυντές-Β34 Tevatron: p p @ 2 TeV energies

35 Θ/νίκη - 9-Μαρ-2010Κ. Κορδάς - Επιταχυντές-Β35 HERA: electron-proton collider

36 Θ/νίκη - 9-Μαρ-2010Κ. Κορδάς - Επιταχυντές-Β36 HERA: electron-proton collider Proton beam on top of electron beam

37 Θ/νίκη - 9-Μαρ-2010Κ. Κορδάς - Επιταχυντές-Β37 HERA: electron-proton collider

38 Θ/νίκη - 9-Μαρ-2010Κ. Κορδάς - Επιταχυντές-Β38 LHC: Large Hadron Collider @ 14 TeV

39 Θ/νίκη - 9-Μαρ-2010Κ. Κορδάς - Επιταχυντές-Β39 LHC: Large Hadron Collider @ 14 TeV

40 Θ/νίκη - 9-Μαρ-2010Κ. Κορδάς - Επιταχυντές-Β40 LHC: Large Hadron Collider @ 14 TeV Γιατί πρωτόνιο – πρωτόνιο? Και όχι πρωτόνιο – αντιπρωτόνιο, όπως στο Fermilab? → Για σωμάτιο-αντισωμάτιο μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τον ίδιο σωλήνα δέσμης και τις ίδιες κοιλότητες επιτάχυνσης → Ενώ, για πρωτόνιο-πρωτόνιο χρειάζονται δύο σωλήνες δέσμης... Απάντηση:  Χρειαζόμαστε μεγάλη φωτεινότητα (L  N p a r t I c l e s δεσμών)  Δύσκολο να πάρουμε πολλά αντιπρωτόνια, εύκολο να πάρουμε πολλά πρωτόνια  Βέβαια, χρειαζόμαστε πρωτόνια-αντιπρωτόνια για κουάρκ-αντικουάρκ αλληλεπιδράσεις → συμμετέxουν κυρίως τα κουάρκ σθένους  Αλλά: σε υψηλές ενέργειες, τα πολλά γκλουόνια και ‘sea quarks’ με χαμληλό κλάσμα ορμής x έχουν ήδη μπόλικη ενέργεια => τα αντιπρωτόνια δεν έχουν πια πλεονεκτήματα σε σχέση με τα πρωτόνια

41 Θ/νίκη - 9-Μαρ-2010Κ. Κορδάς - Επιταχυντές-Β41 LHC: Large Hadron Collider @ 14 TeV Γιατί πρωτόνιο – πρωτόνιο? Και όχι πρωτόνιο – αντιπρωτόνιο, όπως στο Fermilab? → Για σωμάτιο-αντισωμάτιο μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τον ίδιο σωλήνα δέσμης και τις ίδιες κοιλότητες επιτάχυνσης → Ενώ, για πρωτόνιο-πρωτόνιο χρειάζονται δύο σωλήνες δέσμης... Απάντηση:  Χρειαζόμαστε μεγάλη φωτεινότητα (L  N p a r t I c l e s δεσμών)  Δύσκολο να πάρουμε πολλά αντιπρωτόνια, εύκολο να πάρουμε πολλά πρωτόνια  Βέβαια, χρειαζόμαστε πρωτόνια-αντιπρωτόνια για κουάρκ-αντικουάρκ αλληλεπιδράσεις → συμμετέxουν κυρίως τα κουάρκ σθένους  Αλλά: σε υψηλές ενέργειες, τα πολλά γκλουόνια και ‘sea quarks’ με χαμληλό κλάσμα ορμής x έχουν ήδη μπόλικη ενέργεια => τα αντιπρωτόνια δεν έχουν πια πλεονεκτήματα σε σχέση με τα πρωτόνια Για ανακαλύψεις: - το Tevatron είναι συγκρουστής κουάρκ, - το LHC συγκρουστής γκλουονίων

42 Θ/νίκη - 9-Μαρ-2010Κ. Κορδάς - Επιταχυντές-Β42 Υπάρχοντες επιταχυνες

43 Θ/νίκη - 9-Μαρ-2010Κ. Κορδάς - Επιταχυντές-Β43 Καινούργιοι / Προτεινόμενοι Ξεκίνησε! Μέλλον (δεν έχει προγραμματιστεί τίποτα ακόμα → μάλλον ο Linear Collider θα κατασκευαστεί πρώτα)

44 Θ/νίκη - 9-Μαρ-2010Κ. Κορδάς - Επιταχυντές-Β44 Τι συζητήσαμε Επιταχυντές (β' μέρος): Φωτεινότητα και ενεργός διατομή Συγκρουστές ηλεκτρονίων ή πρωτονίων;  Τι συγκρούεται πραγματικά σε σκεδάσεις πρωτονίων Παραδείγματα επιταχυντών

45 Θ/νίκη - 9-Μαρ-2010Κ. Κορδάς - Επιταχυντές-Β45 Επόμενο: Ανιχνευτικές Διατάξεις (Detectors)  Τα μάτια που βλέπουν τι παράγεται στις συγκρούσεις σωματιδίων (τις οποίες συγκρόυσεις παρέχουν οι επιταχυντές, όπως είδαμε)