Límites físicos al número de partículas por grupo colisionador

Actualmente, los colisionadores funcionan con alrededor ∼ 10 11 partículas por manojo que choca. Recientemente, el LHC ha aumentado este número a 10 13 . Quisiera saber si existen, en principio, límites físicos que puedan prohibir mayor número de partículas por racimo. Por ejemplo, son valores muy altos como ∼ 10 19 ¿concebible?

En algún momento, la carga espacial comienza a ser un gran problema.
No he leído esto, pero debería responder a su pregunta y tener referencias que serán espace.cern.ch/acc-tec-sector/Chamonix/Chamx2011/papers/…
El límite es de ingeniería más que fundamental. Si nada más, siempre puedo diseñar un acelerador con una longitud de onda más larga y un tubo de haz más grueso.
¿Cuándo usó el LHC un tamaño de racimo de 10 ^ 13?

Respuestas (2)

Inestabilidades del haz impulsadas por efectos colectivos

Desde el punto de vista de la dinámica del haz, muy pronto nos encontramos con inestabilidades dadas por efectos colectivos. Los más relevantes, en el caso de un solo grupo, son la interacción haz-haz, que tiene lugar cuando dos grupos se cruzan probando sus propios campos, y los campos de estela/impedancia/corrientes de imagen que excitan las partículas que se encuentran en la cola. (estela) del grupo.

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En el LHC, los electrones emitidos por el tubo del haz y acumulados alrededor del haz (e-cloud) son a menudo el factor limitante, especialmente cuando se opera con largos trenes de grupos, pero si tenemos solo un grupo intenso, estaría más preocupado por los efectos antes mencionados.

Otros aspectos escalando con la densidad de carga

Suponiendo que logramos obtener un haz estable, tenemos un segundo conjunto de problemas relacionados con la calidad y la vida útil del haz. Por ejemplo, si tiene algo de radiación de sincrotrón de los haces, es posible que emita demasiada energía y caliente los imanes. Otro ejemplo es el tiempo de vida de Touschek, que viene dado por la dispersión elástica de partículas fuera del haz como resultado del movimiento dentro del grupo. Esto aumenta con la densidad de carga, por lo tanto, un grupo altamente cargado puede simplemente expulsar demasiadas partículas.

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Detector de fondo y pile-up

Finalmente, incluso si logramos superar todos los aspectos anteriores construyendo un acelerador realmente sobresaliente, es posible que el detector aún no pueda hacer frente a un fondo o flujo de datos excesivo. Si nos limitamos a la carga de un solo manojo, el límite en la actualidad viene dado por el pile-up: simplemente tenemos demasiadas colisiones por manojo que cruza para poder desenredarlos.

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Es interesante notar que la actualización de luminosidad del LHC (HL-LHC), prevista para los próximos años, destina una cantidad similar de recursos tanto para mejorar el acelerador como los detectores.

Gracias por la explicación. Puedo entender que los tamaños de manojo grandes como 10 ^ 19 son imposibles de realizar, ¿correcto?
@mrf1g12 Ya el 10 13 Las partículas que mencionaste solo se obtienen en muchos grupos en el LHC. 10 19 es una cifra más apropiada para los experimentos de física de plasma, que siguen siendo una especie de aceleradores, pero con una energía bastante baja y bastante caóticos.

Como introducción inicial al tema, se puede comenzar con la conferencia Introducción a los aceleradores de partículas y sus limitaciones de la CERN Accelerator School 2014 .

En cuanto a los límites reales del LHC y los próximos aceleradores de partículas previsibles, merece la pena leer Estrategias de física de altas energías y proyectos futuros a gran escala . En este artículo, la última sección también trata sobre el último acelerador :)

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