Achegándonos ao LHC

INICIO CERN LHC FÍSICA NO LHC DETECTORES MODELO ESTÁNDAR EDUCACIÓN LIGAZÓNS NOVAS E MÁIS GLOSARIO

NOVAS: Siga as novas...

 SECCIÓN EFICAZ
 


A sección eficaz (Cross Section) - σ -
é unha medida da probabilidade de que un suceso (event) ocorra.

Mídese en “barn1 b = 10-24 cm2

O número de sucesos por segundo ( Nev) para un determinado resultado ven dado por:

Nevento/sec = Luminosidade ·  SecciónEficazevento

Nevento/sec = L·σ evento

Xa que logo, é doado entender a importancia da Luminosidade nun acelerador como magnitude determinante á hora de considerar que un determinado suceso poida ser detectado.

Dado que no LHC o valor de L é 100 veces maior que no anterior acelerador (LEP) ou no Tevatron (EEUU), o CERN vai ser durante moitos anos líder no campo experimental da Física de Partículas .

A sección total eficaz de cruce protón-protón a 7 TeV é aproximadamente de 110 mbarns. Esta sección total pode ser distribuída na seguinte forma:
      colisión inelástica = 60 mbarn
      • difracción = 12 mbarn
      • colisión elástica = 40 mbarn

Os eventos debidos a fenómenos difractivos o a colisións elásticas non son "vistos" polos detectores, sendo só as colisións inelásticas as que xeran partículas a ángulos suficientes respecto ao eixe do feixe.

Número de eventos producidos por colisións inelásticas:

Nevents/sec = L·σ evento

1034 x [(60x10-3)x10-24]= 600 millóns/s

  

Con arredor de 30 millóns de cruces/s:

600/30      20 eventos inelásticos por cruce.


Vexamos outro exemplo:

A sección eficaz para o evento no que aparecería un Bosón de Higgs de 100 GeV e masa, é 50 fb (femto-barn) via qq  ⇒ Zh.

Así que ,    σ = (50·10-15)·10-24cm2        σ = 5·10-38 cm2

Nevents/sec = L·σ evento 

Nevents/sec =(1034(5·10-38)

 Nevents/sec = 5·10-4

Polo tanto, en el LHC hai 5·10-4 eventos por segundo que xerarán un Bosón de Higgs con tal masa, se obviamente existe na natureza.

Para entendelo mellor, imos calcular o inverso desa cantidade:

t = 1/(5·10-4) = 2000 s            t = 33 minutos

Daquela, cada 33 minutos unha partícula de Higgs desa masa debería aparecer no detector. Polo tanto, en 10 horas dun día de funcionamento serían 20 bosóns de Higgs os que poderían ser detectados.

Pero miles de millóns de colisións se producirán no detector nese tempo. Compréndese que o traballo para distinguir eses 20 eventos no medio de tantos outros implica un traballo de computación colosal.

A seguinte figura mostra a sección eficaz de producción de bosóns Higgs no LHC, segundo diferentes vías en función da masa.

(Tomado de Flip Tanedo,  An Idiosyncratic Introduction to the Higgs)

Estudemos agora un terceiro caso.

LHCb é o experimento adicado á física do quark b no LHC. O seu principal obxectivo é buscar evidencias indirectas dunha nova física en relación coa violación CP e raros decaementos de hadróns que conteñen quarks b e c.

Comparado a outros aceleradores existentes en operación, o LHC é de lonxe a maior fonte de B mesóns, debido a alta sección eficaz para a produción de pares (σ  ~ 500 μb a 14 TeV) e a alta luminosidade (2·1032 cm-2 s-1, por término medio).



Calculemos o número de eventos  ( pares):  

 Nevent/s = σ x L    Nevent/s = (500·10-6·10-24)x(2·1032)

 Nevent/s = 105 pares/s

Un ano normal de traballo para este detector supón unhas ~280 hours (~107 s)

Entón,

(105 pairs/s)x(107 s/ano) =1012 pares/ano 


© Xabier Cid Vidal & Ramon Cid - rcid@lhc-closer.es  | SANTIAGO | Deseño orixinal de Gabriel Morales Rey