Achegándonos ao LHC

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

NOVAS: Siga as novas...

 BUCKETS E BUNCHES
 

As Cavidades RF xeran unha voltaxe oscilante lonxitudinal, que é aplicada ao través das estruturas ocas illadas da cámara de baleiro, de forma que a partícula ve a voltaxe aceleradora nesa estrutura oca e non existe para ela no resto do acelerador. Debemos, en todo caso, estarmos seguros de que isto poda ocorrer, para o que a frecuencia RF da Cavidade debe ser un múltiplo enteiro (h) da frecuencia de revolución da partícula.

fRF  = h·frev

sendo "h" coñecido como  Número Harmónico.

A partícula con velocidade v = βc  circula arredor da máquina cun Período ou Frecuencia:

Trev= 2πR/βc   ou   frev= βc/2πR

No LHC "h" é moi grande.

A frecuencia nas Cavidade RF do LHC é  400 MHz, a  velocidade dos protóns é   βc ~c , e a distancia a percorrer é  2πR = 26659 m.

Polo tanto:

Número Harmónico :   h = fRF/frev

h = (400·106)/(c/26659)

Número Harmónico ≈ 35640

Os segmentos da circunferencia centrados neses puntos son chamados BUCKETS.

Unha partícula exactamente sincronizada coa frecuencia RF das cavidades é chamada partícula síncrona . Como veremos más abaixo, as outras partículas oscilarán lonxitudinalmente arredor da partícula síncrona baixo a influenza do sistema RF. Por tanto, no canto de que as partículas se distribúan uniformemente sobre a circunferencia do acelerador as partículas son agrupadas arredor dunha partícula síncrona formando un BUNCH. Cada bunch esta contido nun RF bucket.

Por tanto, o LHC podría acelerar un feixe formado por 35640 bunches.


É importante ter en conta que na cadea de inxección do LHC dous sincrotróns están presentes: PS e SPS. De feito, o PS é o responsable de proporcionar os bunches  (espazados en 25 ns) que pasarán despois ao SPS para alí seren agrupados e seren inxectados nas posicións apropiadas no LHC .

Volvamos ao LHC. Non todos os buckets van conter bunches. Os buckets non son máis que posicións virtuais na circunferencia do LHC.

 O chamado "abort gap" é o número de buckets que nunca van conter bunches e forman un segmento baleiro na circunferencia. O propósito deste gap é que os sistemas magnéticos encargados de desviar os feixes no proceso de baleirado teñan tempo suficiente para arrancar y estar operativos.

Por outra banda, segundo cal sexa a "asignación" dos bunches nos buckets teremos máis ou menos colisións nos diferentes detectores. É dicir haberá parellas de bunches (un bunch nun feixe e o outro no contrario) que se cruzarán nuns detectores e non nos outros. Os controladores da inxección deberán ser moi coidadosos nesa asignación para responder aos requerimentos da programación en cada caso.

O número de buckets ocupados no LHC é 2808.

É importante lembrar que as  partículas con enerxía máis alta que as partículas síncronas teñen frecuencia de revolución máis baixa, e as menos enerxéticas maior frecuencia. As primeiras chegan retrasadas as cavidades aceleradoras mentres que as segundas chegan con adianto.  

Imaxinemos dúas partículas dun bunch (ver figura seguinte): a partícula A cunha enerxía (ou momento), que se corresponde apropiadamente coa frecuencia RF da cavidade aceleradora, e a particula  B que chega á cavidade ao mesmo tempo que A, pero cunha enerxía lixeiramente maior  (por tanto a súa frecuencia de revolución é lixeiramente menor). Supoñamos que cando a partícula A pasa ao través da cavidade RF a voltaxe é cero. Non será acelerada nin freada, pasando sempre nesa mesma situación: a partícula A é, xa que logo, síncrona coa voltaxe RF.  Porén, a partícula B, que chegou cando a A, chegará retrasada no seguinte paso e xa non pasa a V=0, senón que "sinte" unha voltaxe deceleradora que a frea. A diminución de enerxía continúa paso a paso ata que a enerxia de B faise igual que a de A. A partir dese momento a enerxía de B comeza a ser menor que a de A e a súa frecuencia de revolución será pois maior, diminuindo o seu retraso. Cando o valor da enerxía de B acada certo valor mínimo comeza a chegar á cavidade RF de forma que xa ve voltaxes aceleradores que aumentan a súa enerxía. Segundo os pasos se suceden B volverá a acadar a diferencia de enerxía respecto de A do comezo, e o ciclo repítese.


Como xa dixemos antes, a partícle A é chamada partícula síncrona. Todas as outras partículas, como a partícula B, oscilarán lonxitudinalmente arredor de A  baixo a influenza do sistema RF. Estas oscilacións coñécense como oscilacións sincrotrón.

Para desviacións de enerxía maiores os círculos "aplánanse" para dar unha elipse, por acción das forzas eléctricas que arrastran ás partículas cara o centro do bunch.

A área do Bucket chámase aceptancia lonxitudinal e ten unidades de enerxía x tempo (eV·s).

A área do Bunch coñecese como emitancia lonxitudinal e tamén ten unidades de enerxía x tempo (eV·s)

Area del Bunch (elipse) = π·a·b →  Area = π·(ΔE/2)·(Δt/2)

Por tanto, la Emitancia Longitudinal π·ΔE·Δt/4

A aceptancia lonxitudinal  (Bucket area) do LHC a 7 TeV é 7.91 eVs

 A Emitancia Lonxitudinal para o LHC é 2.5 eVs a máxima enerxía


Para máis detalles ver Baird S.  (2007).  “ACCELERATORS FOR PEDESTRIANS”, AB-Note-2007-014 OP, CERN February 2007

 

 


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