¿Por qué no el LHC acelerar los electrones?

Question

Los electrones

• tienen una mucho más grande de la densidad de carga como los protones (y especialmente de los núcleos de plomo),
• no compuesto de partículas como los protones (y especialmente de los núcleos de plomo)
• son capaces de obtener más energía con los mismos campos que los protones (y especialmente de los núcleos de plomo).

¿Por qué parece común para los grandes aceleradores de partículas después de la LEP para el uso de protones (y mucho más núcleos)?

Reaccionando comentarios: Sí, para obtener buenos datos experimentales acerca de quark importa que necesitan una gran cantidad de caliente quarks (= chocó grandes núcleos). Pero para crear nuevas partículas, la energía por cada grado de libertad debe ser maximizada, y esta máxima es la única partícula con la más alta densidad de carga, y este es el electrón.

Answer 1

Cada vez que acelerar las partículas cargadas que emite radiación electromagnética conocida como radiación de frenado, y, obviamente, las partículas cargadas se mueven en un círculo se están acelerando (hacia el centro). Esto significa que cualquier circular de hadrones emite un flujo continuo de radiación de frenado de la radiación. Para contrarrestar la pérdida de energía por radiación de frenado tienes que poner la energía en el, y eso cuesta dinero y molesta a los locales de las empresas eléctricas.

Para una determinada energía del haz de la radiación de frenado pérdidas aumentan con la disminución de la masa de las partículas, por lo que cuesta mucho más para ejecutar un electrón colisionador de ejecutar un colisionador de protones de la misma energía y la corriente del haz. El colisionador LEP, con un máximo de energía de alrededor de 200GeV consume alrededor de 70MW cuando se ejecuta, mientras que el LHC con una mucho mayor de la energía del haz sólo consume alrededor de 120 MW. Estas cifras son un poco engañoso, ya que incluyen los costos de refrigeración, etc, y no sólo el funcionamiento de la viga. De acuerdo a este artículo de la energía necesaria para el mantenimiento de la viga en el LHC es sólo alrededor de 20 MW. No he sido capaz de encontrar la información correspondiente para el LEP.

Todas las propuestas de futuro de electrones/positrones colisionadores lineales. Esto evita las pérdidas de radiación de frenado cuando se dobla el haz de partículas.

Answer 2

La energía perdida por la partícula haciendo una vuelta en una circular de la máquina es

$$U_0\propto E^4R^{−1}m^{-4}$$

donde $E$ es la energía del haz, $R$ es el radio de curvatura, $m$ es la masa de la partícula que se desea acelerar.

Se trata de que para la masa de partículas pesadas, tales como los muones, protones e iones pesados, la intensidad de campo de los imanes de curvatura es todavía el factor limitante, pero la luz de partículas como los electrones y los positrones son simplemente irradia mucha energía.

El problema no es simplemente un desperdicio de energía, pero cómo hacer que la energía de vuelta a la viga. La aceleración se hace normalmente en las secciones rectas del anillo por el uso de radio-frecuencia del campo eléctrico. Si el campo no es lo suficientemente fuerte (en relación con el espacio disponible) para compensar la pérdida de energía en la flexión de las secciones, la máquina nunca de trabajar incluso con una interminable cantidad de energía disponible de la red.

Por lo que se ven obligados a aumentar el radio para reducir la pérdida de energía y tienen más espacio para compensar, pero mirando a la relación anterior, se ve que usted no puede ir demasiado lejos. Por ejemplo TLEP planes para tener un radio de árbol de veces más grande que el LEP, pero su energía no se doble la LEP uno y puede ser construido sólo en la vista de una forma mucho más enérgica de protones de la máquina de venir en el futuro, en el mismo túnel.

La otra forma es construir recta aceleradores de partículas como el CLIC o CIT proyectos, que sin embargo no llegan sin dificultades técnicas.

Answer 3

Aparte de la razón mencionada en respuestas anteriores (radiación de frenado) no hay una cosa más ¿por qué colisionador de protones se utiliza: se puede escanear amplio rango de energías de colisión.

Debido a que los protones están compuestas de partículas, sus colisiones son, de hecho, las colisiones de los quarks o los gluones. Estos componentes han azar energías y por lo tanto cada colisión, normalmente, tiene una energía diferente. Esto es útil cuando se busca una partícula con desconocidos en masa (como el bosón de Higgs). Así que aplastar a los protones en el 1,4 TeV, pero en realidad las colisiones reales son en un amplio rango de energías de MeV para TeV. De esta manera algunas de las colisiones será en el nivel requerido para crear el desconocido de la partícula. Y usted recoge una gran cantidad de eventos para capturar importantes estadísticas para detectar la partícula.

Por otro lado: lepton aceleradores de partículas chocan leptones siempre con el trabajo de la energía. Usted puede explorar energías fuera de la gama del diseño de la leptón de hadrones. Por lo tanto leptón acelerador es útil cuando usted quiere centrarse en la investigación de una sola partícula con masa conocida. Optimizar la energía a la masa de la partícula y obtener los datos mucho más rápido. Pero usted tiene que saber la masa de las partículas iniciales, que no fue el caso de la partícula de Higgs.

Answer 4

De protones protones aceleradores de partículas son mucho mejores para la detección de electrones positrones aceleradores de partículas. La razón es que la masa de un objeto nuevo es desconocido y la probabilidad de la producción de los picos alrededor de este centro de masa de energía en las distintas hipótesis de canales de producción. A grandes rasgos los quarks en un protón obtener fracciones de acciones del total de la energía de la colisión, por lo que un protón antiprotón de hadrones es mejor en "escanear" un rango de masas de una nueva partícula en la constante de la energía del haz. Mientras que la energía del haz de un electron positron collider tendría que ser cuidadosamente afinado.

Además, en el caso de que el bosón de Higgs, los canales que eran los más adecuados para el descubrimiento de la que participan los gluones, que son producidos en quark colisiones. Por ejemplo, uno de los choques que lleva al descubrimiento de que está representado por los siguientes diagramas, donde $H^0$ denota el bosón de Higgs, $t,b$ son de la parte superior e inferior de quark, que a la pareja para el campo de Higgs y $g$ indica que los gluones, que llevan la fuerza fuerte y por lo tanto también par a$t$$b$. En el primer diagrama de la señal de dos fotones $\gamma$ con una energía combinada de alrededor de 125 GeV en el segundo caso, dos leptones antileptón pares.:

El estudio de las propiedades de un recién descubierto la partícula de hecho, es mejor usar un electrón de hadrones, que luego se sintoniza a la cima de este partículas de producción de la probabilidad. Por ejemplo, el colisionador LEP corrió en el Z-pico para hacer electro-débil precisión de las mediciones. Edit: mpv me pegaba a esta respuesta.