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"Ausgelegt ist der Beschleuniger für Kollisionen mit 14 TeV." - Wirklich?

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  1. "Ausgelegt ist der Beschleuniger für Kollisionen mit 14 TeV." - Wirklich?

    Autor: David64Bit 21.05.15 - 20:25

    Das CERN schreibt, dass die Kollisionsenergie mit Bleiatomen ca. 570 TeV betragen wird. Die 14 TeV sind AFAIK die maximale Kinetische Energie, auf die man die Protonen im Beschleuniger bringen kann - zumindest rechnerisch.

    Nicht, dass es den schönen Beschleuniger doch noch ausseinanderrupft ;)

    Wenn man sich aber mal überlegt, dass die Spaltung eines (!) einzigen Uran-Atomkerns ca. 170 MeV an Energie hat...dann sind selbst 13 TeV schon gewaltig. Umgerechnet auf Joule und den Inhalt aller Teilchenpakete, die der LHC packt, wären das mehrere hundert Megajoule...für ein paar tausend Atömchen sind das gigantische Ausmaße...IMHO ;)

  2. Re: "Ausgelegt ist der Beschleuniger für Kollisionen mit 14 TeV." - Wirklich?

    Autor: Pwnie2012 22.05.15 - 07:14

    Dürften um die 600 megajoule sein (3000 bunches * 100000000000 Atome*13TeV)

  3. Re: "Ausgelegt ist der Beschleuniger für Kollisionen mit 14 TeV." - Wirklich?

    Autor: M. 22.05.15 - 09:40

    Richtige Grössenordnung, aber um einen Faktor 2 zu hoch, weil die 13 TeV (oder 14 TeV in der nominellen Konfiguration) die Schwerpunktsenergie sind. Die einzelnen Protonen werden in den beiden LHC-Ringen gegenläufig auf aktuell 6.5 TeV (und später 7 TeV) beschleunigt und dann kollidiert.

    Aber in diesem Test war die gesamte Strahlenergie weit geringer, weil nur 2 einzelne Bunches (+ nichtkollidierende Pilots) pro Ring/Beam verwendet wurden. Die gesamte Intensität pro Beam waren 'nur' ca. 2e11 Protonen. Für die Injektion von Bunch-Trains sind noch zusätzliche Vorbereitungen nötig.

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  4. Re: "Ausgelegt ist der Beschleuniger für Kollisionen mit 14 TeV." - Wirklich?

    Autor: Pwnie2012 22.05.15 - 09:45

    Das heißt, die Kollisionen finden mit 13TeV statt, nicht die Beschleunigung? Dann haben ein paar YouTube Physiker nachweislich keine Ahnung :D ist die Gesamtenergie dann bei 300MJ? Denn die Hälfte geht ja mit der halben Energie jeweils in eine Richtung, also gesamt 6.5*3000*100000000000=330MJ

  5. Re: "Ausgelegt ist der Beschleuniger für Kollisionen mit 14 TeV." - Wirklich?

    Autor: M. 22.05.15 - 13:53

    > Das heißt, die Kollisionen finden mit 13TeV statt, nicht die
    > Beschleunigung?
    In der aktuellen Konfiguration ja. Deshalb sprechen wir auch gerne von 6.5 TeV pro Strahl (= Energie eines Protons). Dieser Wert wird auch auf allen Instumenten und z.B. auf der LHC Page 1 ([op-webtools.web.cern.ch]) angezeigt. Im nächsten Jahr soll dann die nominelle Design-Energie des LHC erreicht werden, 14 TeV im Massenschwerpunkt der Kollisionen*, bzw. 7 TeV pro Strahl.

    (*) Wenn zwei Teilchen mit einer Energie von je E frontal (head-on) kollidieren, beträgt die Energie im Schwerpunkt 2*E. Ist hier ohne Formeln und Skizzen jetzt schwierig zu erklären, ggf. nach 'center of mass energy' suchen. Ganz kurz erklärt: [pdg.web.cern.ch]

    > ist die Gesamtenergie dann bei 300MJ? Denn die Hälfte geht ja mit
    > der halben Energie jeweils in eine Richtung, also gesamt
    > 6.5*3000*100000000000=330MJ
    Das ist die Gesamtenergie pro Strahl bei 6.5 TeV und 3000 Bunches von 1e11 ppb, ja. Man könnte nun natürlich wieder argumentieren, dass im Regelbetrieb 2 gegenläufige Strahlen in der Maschine sind (wir wollen ja kollidieren) und deshalb die gesamte Strahlenergie beider Strahlen ~600 MJ sei. Das hat aber nichts mit 13 oder 14 TeV (in einem Strahl) zu tun, die beiden Strahlen sind unabhängig - ausserhalb der Interaktionspunkte verlaufen sie sogar in separaten Beam Pipes.

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    1 mal bearbeitet, zuletzt am 22.05.15 13:54 durch M..

  6. Re: "Ausgelegt ist der Beschleuniger für Kollisionen mit 14 TeV." - Wirklich?

    Autor: David64Bit 22.05.15 - 15:09

    Bedeutet das auch, dass die 570 TeV eher "Blödsinnig" sind? Das scheint ja dann doch nich die Energie des Zusammenstoßes zu sein...oder hab ich jetz was durcheinander gebracht?

  7. Re: "Ausgelegt ist der Beschleuniger für Kollisionen mit 14 TeV." - Wirklich?

    Autor: M. 22.05.15 - 15:58

    > Bedeutet das auch, dass die 570 TeV eher "Blödsinnig" sind?
    Grundsätzlich sind weder die 14 TeV noch die 574 TeV für Bleiionen (= 2.76 TeV pro Nukleon) 'blödsinnig', man muss nur wissen was man misst und warum. So ist unter Teilchenphysikern (von den Experimenten wie ATLAS, CMS, LHCb und ALICE) die Angabe der Schwerpunktenergie üblich, weil sie darüber entscheidet, welche Teilchen bei Kollisionen mit welchen Wahrscheinlichkeiten entstehen (Wirkungsquerschnitte, Phasenraumvolumen, Fermi's Golden Rule etc.).
    Unter Beschleunigerphysikern wird hingegen stets die Energie pro Ladung/Proton angegeben, weil diese die Physik des Beschleunigers selbst (mit-)bestimmt. Statt von 574 TeV würden wir also vielleicht von 1.38 TeV pro Nukleon, aber noch eher von 3.5 TeV/Z (=Energie pro Proton im Bleikern, 82 Protonen) sprechen. Letzteres ist wichtig, weil nur Protonen bzw. geladene Teilchen vom RF-System beschleunigt und von den Magneten beeinflusst werden können. Für den Beschleuniger sind die Neutronen quasi 'unsichtbar' und können nur beschleunigt werden, weil sie durch die starke Kernkraft an die Protonen des Bleikerns gekoppelt sind.

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