|
O obxectivo fundamental do experimento é obter conclusións das colisións dos protóns á maior enerxía posíble. Por tanto toda a tecnoloxía do LHC está dirixida na dirección de conseguir grandes concentracións de protóns nos dous feixes contrarios para garantir alto número de colisións. Para isto os protóns xerados no duoplasmatrón e despois acelerados son agrupados en paquetes (bunches) que cumplan dúas condicións: o maior número posible e a maior duración de estabilidade.
Recordemos que os protóns repélense por ter a mesma carga e iso vai inestabilizando o bunch.
A maior eficacia conséguese con 1.15·1011 protones en cada paquete, sendo a dimensión de cada bunch no feixe de 7,48 cm de lonxitude e cunha sección de 1 mm2. Cando se cruzan nos detectores eses “bunches” son comprimidos ata unha dimensión de 16 x 16 micras para aumentar as probabilidades de colisións.
Imos calcular cal é a distancia media protón-protón.
a) cando van lonxe das zonas de colisión, o “volume esférico dispoñible” para cada protón é aproximadamente:

O raio de cada unha desas esferas é: r ~ 8·10-5 cm
e por tanto a distancia media protón-protón é: d = 2·r → d ~ 2·10-4 cm.
Estamos pois en condicións de calcular a forza de repulsión protón-protón:

Esta é a forza coa que se repelen os protóns dentro do paquete entre eles. Pode parecer unha forza moi pequena, pero estamos a falar de partículas cunha masa da orde de 10-27 kg. Por tanto é a unha enorme forza que tende a separar os protóns e lanzalos cara as paredes do tubo por onde circulan. Naturalmente isto hai que evitalo e para iso utilízanse potentes sistemas magnéticos (cuadrupolos magnéticos) que alternativamente van contrarrestando esa repulsión no eixe horizontal e despois no vertical.
b) A situación é ainda máis radical cando os paquetes se achegan ao punto de colisión, porque aí a sección pasa a ser de 16 x 16 micras.
Por tanto, repetindo os cálculos temos que para cada protón o volume dispoñible é:

O raio de cada unha desas esferas é: r ~ 5·10-6 cm
e por tanto a distancia media protón-protón é: d = 2·r → d ~ 10-5 cm.
Estamos pois en condicións de calcular a forza de repulsión protón-protón:

Trátase dunha repulsión unhas tres ordes de magnitude maior da que presentan cando circulan lonxe das zonas de colisión. Nos sistemas magnéticos (sextupolos, decapolos, etc) son encargados de corrixir as deformacións que os paquetes sofren por estas repulsións.
|