Tanto la energía del haz como la luminosidad son importantes para el éxito de los experimentos con aceleradores de partículas. El diseño nominal del LHC es para $7 \ \mathrm{TeV}$ vigas y $ \ \mathrm{1\ E34\ cm^{-2} \ sec{^-1}}$ luminosidad, mientras que el diseño nominal de la SSC era para $20 \ \mathrm{TeV}$ vigas y $1 \ \mathrm{E33 \ cm^{-2} sec^{-1}}$ luminosidad. El LHC ha $10x$ mayor luminosidad mientras que el SSC habría tenido casi $3x$ mayor energía. Si la CSE estuviera viva y ambas máquinas funcionaran a los niveles nominales, ¿cuál tendría mayor ventaja para el descubrimiento de: i. el bosón de Higgs, ii. la supersimetría, iii. las dimensiones extra? Lo pregunto suponiendo que las tres cosas existen.
Respuestas
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Estimado Michael, con las energías y luminosidades que has descrito (que no son necesariamente las que puede alcanzar rápidamente ninguna de las dos máquinas, y el LHC aún no está ahí), el SSC sería una máquina más potente para descubrir todo lo que has mencionado, especialmente la física asociada a las escalas muy pesadas -unos cuantos TeV (que seguramente son dimensiones extra, si existen, y quizá incluso SUSY)- que el LHC puede ser incapaz de alcanzar.
Las nuevas partículas que se acercan al límite superior del alcance energético de un colisionador se vuelven extremadamente raras, de modo que el LHC está produciendo, por ejemplo, un quark top muchas veces por segundo, mientras que el Tevatron lo producía una vez al mes con una energía menor pero una luminosidad comparable.
Pero aunque la luminosidad de una máquina de mayor energía sea menor, puede producir muchas más partículas aunque sean más ligeras porque una colisión más energética contiene más partículas en el estado final. Así, por ejemplo, a pesar de que el LHC sólo ha colisionado 0,3/fb en cada detector, ha superado al Tevatrón con sus 10/fb en casi todo - y en algunas "disciplinas", la ventaja del LHC ha llegado a ser abrumadora. Por supuesto, los ejemplos de esto último incluyen la supersimetría - los límites de exclusión del LHC son mucho más amplios que los del Tevatrón y el Tevatrón no podría ni siquiera igualar los resultados actuales del LHC aunque estuviera funcionando durante otra década.
Quedan algunas características especiales, como la asimetría top-antitop, que son más difíciles de ver en el LHC que en el Tevatron porque este último es un colisionador protón-antiprotón.
A pesar de la ventaja de la CSE, sería una especie de máquina de fuerza bruta y cara. El LHC hace muchas cosas de forma más inteligente, más barata y tecnológicamente más avanzada. Los nombres pueden ser confusos. El SSC era "super", como en "superconductor". Por supuesto, los imanes del LHC también son superconductores y tecnológicamente más avanzados, de hecho, que los planos del SSC.
Adam
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Debido a su mayor energía, el SSC habría sido capaz de buscar SUSY y otros BSM exóticos con mayores masas, por lo que habría sido superior en ese aspecto, pero no está tan claro que hubiera sido superior para encontrar el Higgs.
Hay otros factores, además de la energía y la luminosidad, que fueron clave para que el LHC descubriera el Higgs antes que el Tevatrón. La resolución energética del detector fue sin duda el factor más importante. El Tevatrón tenía resoluciones energéticas de alrededor de 5GeV mientras que los detectores del LHC tenían una resolución de 1 GeV para los difotones y los 4leptones. Esto significa que el LHC podía medir la energía de las partículas con mucha más precisión.
Cuando se busca el Higgs hay mucho fondo en estos canales y la mayor energía sólo hace que el fondo sea más fuerte. Es la mayor resolución energética la que hace más fácil extraer la señal del ruido. Obsérvese que en otros canales, como la desintegración de bb dominante, el LHC aún no ha igualado al tevatrón a pesar de la mayor energía y luminosidad total. Esto se debe a que el LHC no tiene una resolución mucho mejor que el Tevatrón para los jets y la mayor energía sólo produce más fondo.
No está claro cuáles habrían sido todas las especificaciones de los detectores de la CSE, pero es probable que inicialmente fueran similares a los detectores del Tevatrón de aquella época. En ese caso, con una luminosidad más baja y una energía más alta, habría sido difícil que el SSC obtuviera mejores resultados para encontrar el Higgs que el Tevatrón. Es posible que los detectores hubieran sido mejorados más tarde para ser más parecidos a los del LHC, pero eso podría no haber ocurrido antes.
Hay otros factores que podrían haber sido problemáticos para la CSS. Uno de ellos es que estaban pensando en un colisionador de protones y antiprotones como el Tevatron. Esto significa que habrían tenido que acumular un almacén de antiprotones antes de cada llenado y si el haz se vierte podría tardar un día en generar un nuevo almacén. Este era un factor limitante para el Tevatrón. Por la experiencia del LHC sabemos que mantener haces estables a altas energías no es fácil. El diseño del LHC incluía imanes avanzados que podían ayudar a la estabilización del haz y el SSC también los habría necesitado. Pero lo bueno del LHC era que era un colisionador protón-protón, así que cuando se perdía el haz podían producir uno nuevo con relativa rapidez.
Hay otros factores que podrían haber sido un problema para la SSC debido a la tecnología menos avanzada de la época y al mayor salto de energía que se intentaba dar. Por ejemplo, habrían tenido menos potencia de cálculo y almacenamiento de datos en aquella época, lo que dificultaría la recopilación de suficientes eventos. También podrían haber sufrido problemas como el e-clouding y los ovnis que se han descubierto en el LHC y que empeoran con el aumento de energía.
En conclusión, es cierto que el SSC habría sido mejor para la física del BSM suponiendo que se cumplieran sus especificaciones de diseño, pero que pudiera superar al LHC en cuanto al Higgs dependería de algunas consideraciones de diseño y tecnológicas que son inciertas dado que no llegó a completarse. Parece probable que esto hubiera sido problemático dado que el Higgs resultó estar en el rango de masa más difícil de buscar donde ver eventos de difotones y 4leptones era claramente crucial.
