Luminozitate (fizica particulelor)

În fizica particulelor , luminozitatea indică numărul de evenimente pe unitate de timp pe secțiune transversală și este unul dintre parametrii fundamentali care caracterizează un accelerator de particule ^[1] .

Definiții

Formula care definește luminozitatea L este:

$L={\frac {1}{\sigma }}{\frac {dN}{dt}}$ ${\ displaystyle L = {\ frac {1} {\ sigma}} {\ frac {dN} {dt}}}$ $L = {\ frac {1} {\ sigma}} {\ frac {dN} {dt}}$

unde este $\sigma$ ${\ displaystyle \ sigma}$ $\ sigma$ este secțiunea transversală , N numărul de evenimente (coliziuni) și t timpul. Prin urmare, un accelerator cu o luminozitate ridicată permite detectarea fenomenelor rare, care au o secțiune transversală redusă.

În cazul coliziunilor dintre două grinzi de particule, nu continue, dar împărțite în pachete de particule care se ciocnesc (așa cum se întâmplă în colizorul LHC la CERN ), se aplică formula:

$L={\frac {N_{1}N_{2}}{A}}f$ ${\ displaystyle L = {\ frac {N_ {1} N_ {2}} {A}} f}$ $L = {\ frac {N _ {{1}} N _ {{2}}} {A}} f$

unde este $N_{1}$ ${\ displaystyle N_ {1}}$ $N _ {{1}}$ Și $N_{2}$ ${\ displaystyle N_ {2}}$ $N _ {{2}}$ sunt numărul de particule prezente în cele două pachete, $LA$ ${\ displaystyle A}$ $LA$ este secțiunea transversală medie a grinzilor e $f$ ${\ displaystyle f}$ $f$ frecvența cu care două pachete se ciocnesc, dată de numărul de pachete în circulație pentru frecvența de circulație în interiorul acceleratorului pachetului unic.

Luminozitatea instantanee oferă o măsură a ratei de coliziuni care au loc într-un accelerator de particule , pe baza intensității fasciculelor de particule circulante și a gradului de comprimare a acestora în punctul de coliziune. Deși acest lucru nu implică faptul că toate aceste particule se ciocnesc, prin strângerea mai multor particule într-un spațiu limitat, coliziile sunt mai probabile.

Unitatea de măsură utilizată de obicei pentru luminozitate este $\mathrm {cm} ^{-2}\mathrm {s} ^{-1}$ ${\ displaystyle \ mathrm {cm} ^ {- 2} \ mathrm {s} ^ {- 1}}$ ${\ displaystyle \ mathrm {cm} ^ {- 2} \ mathrm {s} ^ {- 1}}$ cu toate acestea, hambarul invers pe secundă ( $1\mathrm {b} ^{-1}\mathrm {s} ^{-1}=10^{24}\mathrm {cm} ^{-2}\mathrm {s} ^{-1}$ ${\ displaystyle 1 \ mathrm {b} ^ {- 1} \ mathrm {s} ^ {- 1} = 10 ^ {24} \ mathrm {cm} ^ {- 2} \ mathrm {s} ^ {- 1} }$ ${\ displaystyle 1 \ mathrm {b} ^ {- 1} \ mathrm {s} ^ {- 1} = 10 ^ {24} \ mathrm {cm} ^ {- 2} \ mathrm {s} ^ {- 1} }$ ).

Înregistrarea actuală a luminozității aparține acceleratorului japonez de particule KEKB : ^[2] $2.11\times 10^{34}\mathrm {cm} ^{-2}\mathrm {s} ^{-1}$ ${\ displaystyle 2.11 \ times 10 ^ {34} \ mathrm {cm} ^ {- 2} \ mathrm {s} ^ {- 1}}$ $2.11 \ ori 10 ^ {{34}} {\ mathrm {cm}} ^ {{- 2}} {\ mathrm {s}} ^ {{- 1}}$ .

Actualizarea acceleratorului, SuperKEKB, își propune să atingă o luminozitate maximă de 40 de ori mai mare decât recordul: ^[2] $8\times 10^{35}\mathrm {cm} ^{-2}\mathrm {s} ^{-1}$ ${\ displaystyle 8 \ times 10 ^ {35} \ mathrm {cm} ^ {- 2} \ mathrm {s} ^ {- 1}}$ $8 \ times 10 ^ {{35}} {\ mathrm {cm}} ^ {{- 2}} {\ mathrm {s}} ^ {{- 1}}$ .

Luminozitate încorporată

Dacă luminozitatea instantanee este integrată în timp, se obține luminozitatea integrată , care dă numărul de evenimente cu o anumită secțiune transversală generată în intervalul de timp T.

$L_{int}=\int _{0}^{T}Ldt$ ${\ displaystyle L_ {int} = \ int _ {0} ^ {T} Ldt}$ $L _ {{int}} = \ int _ {{0}} ^ {{T}} Ldt$

De exemplu, dacă în intervalul de timp T obținem o luminozitate integrată de 1 $pb^{-1}$ ${\ displaystyle pb ^ {- 1}}$ $pb ^ {{- 1}}$ , la sfârșitul colectării datelor, ne vom aștepta să găsim aproximativ 1 eveniment de 1 pb sau 1000 de evenimente de 1 nb sau 5000 de evenimente de 200 μb și așa mai departe.

Notă

^ Marea știință. Acceleratoare de particule în „Istoria științei” , pe www.treccani.it . Adus pe 10 iulie 2018 .
^ ^a ^b site-ul web SuperKEKB

Portalul fizicii : accesați intrările Wikipedia care se ocupă cu fizica

[1] Marea știință. Acceleratoare de particule în „Istoria științei” , pe www.treccani.it . Adus pe 10 iulie 2018 .

[SuperKEKB-2] site-ul web SuperKEKB

[1]

[2]