Den 14. oktober, ca. to uger før enden på dette års protonkørsel, opnåede acceleratorfysikerne på LHC’en en intensitet på 3.5 x 10^13 protoner per stråle. Det vil sige 35 tusind milliarder protoner i hver stråle, ved standard energien 3500 GeV (Giga ElectronVolt).
I forhold til det sidste jeg skrev her på bloggen, er denne enorme intensitet opnået, ved at det er lykkedes at have 312 bunker i hvert stråle. En bunke kan indeholde maksimalt ca. 100 milliarder protoner.
Den kinetiske energi af en sådan stråle er 5 kWt, eller cirka som en bil, der kører 200 km/t. Det lyder ikke af meget, men for en partikelstråle er det enormt. Husk på, at hver proton i strålen vejer omking en millionende milliardende milliardende del af et gram.
Sine steder er strålen smallere end et menneskehår – så alt den kinetiske energi kan nemt ødelægge vitale dele af LHC’en hvis ikke man er forsigtig – hvilket også forklarer hvorfor vi “først” er kommet hertil nu.
En mønt på en sømmadras
Men når man snakker om resultater, er det i virkeligheden ikke intensiteten man snakker om, men snarere den såkaldte luminositet. Luminositet er et udtryk for hvor mange partikler der ‘kan’ kollidere per tidsenhed.
Enheden er lidt underlig, nemlig per kvadratcentimeter per sekund. Denne værdi indeholder både information om intensiteten af begge stråler (der her ofte er den samme), strålernes indbyrdes størrelse, og hvor tit strålerne passerer hinanden.
Det, der virkelig tæller er nemlig, hvor mange kollisioner man har per tidsenhed. Den lidt mystiske notation med ‘per areal’ skyldes, at man beskriver sandsynligheden for at en process forekommer ved hjælp at det såkaldte tværsnit. Det svarer lidt til, at jeg lader en mønt falde (flat) på en fakir-seng (den med sømmene).
Hvis mønten er mindre en afstanden mellem to søm-naboer, er sandsynligheden for at ramme et søm proportional med størrelsen af mønten (hvis den er større rammer vi jo altid, så sandsynligheden er 100%).
Man benytter samme form for logik, når man beskriver kollisions-processer i partikelverdenen. Det vil sige at man beskriver sandsynligheden for, at noget sker, som et areal. Det snedige er jo så, at hvis man leder efter en proces med en sandsynlighed på 1 cm^2 kan man regne ud, hvor mange man får per tidsenhed, ved blot at gange med luminositeten.
Et godt år for LHC’en
En bestemt luminositet og ikke intensitet var det virkelige mål for LHC’en i år – og målet var 10^32 cm^-2 s^-1. Den 14. oktober nåede maskinen op på 1.48×10^32 cm^-2 s^-1. For fysikerne er det naturligvis fantastisk. Men som den opvakte læser måske kan sige sig selv, er det jo ikke kun vigtigt hvor tit noget sker, men også hvor lang tid man kan opretholde det.
Så for fysikerne er det den integrerede luminositet det afgørende, idet den siger, hvor mange begivenheder i alt de kan forvente sig. Det mål, der for øjeblikket er noget så sært som 1 reciprok femtobarn, hvilket – når man følger logikken ovenfor altså er et reciprokt areal (!) på 10^39 cm^-2 – med intensiteten ovenfor, vil det altså tage ca. 10^7 sekunder eller 115 dage fuld tid.
Det regner man med at kunne nå næste år, hvilket heller ikke synes helt urealistisk, specielt ikke når man medregner, at der er plads til at øge luminositeten yderligere ved at øge antallet af proton-bundter til de planlagte ca. 1000, samt at forbedre fokuseringen i eksperimenterne yderligere – så alt i alt et godt år for LHC’en.
Stoftilstand fra universets fødsel
Den 5. november skifter maskinen over til at køre med blyioner – der er ca. 207 gange mere massive en protoner, og har en ladning på 82 elementarladninger. Når blyioner kolliderer ved høje energier, kan man danne en plasma af quarker og gluoner – det vil sige de partikler, der dominerer inden i kernepartiklerne – en stoftilstand man regner med har eksisteret noget af tiden de første 100 mikrosekunder af universets historie.
