Acercándonos al LHC
Se mide en “barn” – 1 b = 10-24 cm2
El número de sucesos por segundo ( Nev) para un determinado resultado viene dado por:
Nevento/sec = Luminosidad · SecciónEficazevento
Por tanto, es fácil entender la importancia de la Luminosidad en un acelerador como magnitude determinante a la hora de considerar que un determinado suceso pueda ser detectado.
La sección total eficaz de cruce protón-protón a 7 TeV es aproximadamente de 110 mbarns. Esta sección total puede ser distribuida en la siguiente forma:
• colisión inelástica = 60 mbarn
• difracción = 10 mbarn
• colisión elástica = 40 mbarn
Los eventos debidos a fenómenos difractivos o a colisiones elásticas no son "vistos" por los detectores, siendo solo las colisiones inelásticas las que generan partículas a ángulos suficientes respecto al eje del haz.
Número de eventos producidos por colisiones inelásticas (tomamos L ~ 1034):
Nevents/sec = L·σ evento
1034 x [(60x10-3)x10-24]= 600 millones/s
Con alrededor de 30 millones de cruces/s:
600/30 ⇒ 20 eventos inelásticos por cruce.
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Veamos otro ejemplo:
La sección eficaz para un evento en el que aparecería un Bosón de Higgs , de 100 GeV de masa, es 50 fb (femto-barn) via qq ⇒ Zh. Así que , σ = (50·10-15)·10-24cm2 ⇒ σ = 5·10-38cm2 Nevents/sec = L·σ evento Nevents/sec =(1034)·(5·10-38) Nevents/sec = 5·10-4 |
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Por tanto, en el LHC hay 5·10-4 eventos por segundo que generarán un Bosón de Higgs con esa masa.
Para entenderlo mejor, vamos a calcular el inverso de esa cantidad:
t = 1/(5·10-4) = 2000 s ⇒ t = 33 minutos
Entonces, cada 33 minutos una partícula de Higgs de esa masa debería aparecer en el detector. Por tanto, en 10 horas de un día de funcionamento, serían 20 bosones de Higgslos que podrían ser detectedas.
La siguiente figura muestra la sección eficaz de producción de bosones Higgs en el LHC por diferentes vías en función de la masa.
(Tomado de Flip Tanedo, An Idiosyncratic Introduction to the Higgs)
Estudiemos ahora un tercer caso.
LHCb es el experimento dedicado a la física del quark b en el LHC. Su principal obxjcivo es buscar evidencias indirectas de una nueva física en relación con la violación CP e raros decaementos de hadróns que conteñen quarks b e c.
Comparado a otros aceleradores existentes en operación, LHC es de lejos la mayor fuente de B mesones, debido a la alta sección eficaz para la producción de pares bƃ (σ ~ 500 μb a 14 TeV) y la alta luminosidad (2·1032 cm-2 s-1, por término medio).
Calculemos el número de eventos (bƃ pares):
Nevent/s = σ x L ⇒ Nevent/s = (500·10-6·10-24)x(2·1032)
Nevent/s = 105 bƃ pares/s
Un año normal de trabajo para este detector supone unas ~280 horas (~107 s)
Entonces,
(105 bƃ pairs/s)x(107 s/año) =1012 bƃ pares/año
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AUTORES Xabier Cid Vidal, Doctor en Física de Partículas (experimental) por la Universidad de Santiago (USC). Research Fellow in experimental Particle Physics en el CERN, desde enero de 2013 a diciembre de 2015. Estuvo vinculado al Depto de Física de Partículas de la USC como becario "Juan de la Cierva", "Ramon y Cajal" (Spanish Postdoctoral Senior Grants), y Profesor Contratado Doctor. Desde 2023 es Profesor Titular de Universidad en ese Departamento (ORCID). Ramon Cid Manzano, profesor de Fïsica y Química en el IES de SAR (Santiago - España), y Profesor Asociado en el Departamento de Didáctica de Ciencias Experimentales de la Facultad de Educación de la Universidad de Santiago (España), hasta su retiro en 2020. Es licenciado en Física y en Química, y Doctor por la Universidad de Santiago (USC).(ORCID). |
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