Luminosität

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Die Luminosität ist ein Begriff aus der Beschleuniger- bzw. der Hochenergiephysik, sie beschreibt die Anzahl der Teilchenbegegnungen pro Zeit und Fläche. Damit wird, neben der Angabe der Kollisionsenergie, die Leistungsfähigkeit eines Teilchenbeschleunigers gekennzeichnet.

Anwendung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Mit Hilfe der Luminosität kann die zu erwartende Ereignisrate bzw. der differentielle Wirkungsquerschnitt eines Experiments an einem Ringbeschleuniger mit zwei gegenläufigen Teilchenstrahlen ermittelt werden:

Dabei ist die Ereignisrate die Anzahl zu erwartender Ereignisse pro Zeiteinheit in einem Detektor, der in einem Kreuzungspunkt der beiden Teilchenstrahlen im Beschleuniger installiert ist.

Definition[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Luminosität eines Speicherrings ergibt sich aus den Anzahlen und der Teilchen in den aufeinandertreffenden Paketen (engl. bunches) und der Anzahl der Bunches, die mit der Wiederholfrequenz zur Kollision gebracht werden; die Teilchenpakete haben die Querschnittsfläche :

[1]

Die Luminosität hat dieselbe Einheit wie die Teilchenstromdichte, nämlich cm−2s−1.

Will man einen Prozess möglichst exakt untersuchen, d. h. mit hoher statistischer Signifikanz, ist eine hohe Luminosität notwendig. Diese ist von der Struktur des Beschleunigers und der Qualität der Teilchenstrahlen im Beschleuniger abhängig.

Rekorde[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Am Beschleuniger LHC wurde eine Luminosität von 1.0·1034 cm−2s−1 erreicht,[2] während am Tevatron zuletzt Luminositäten von ca. 4·1032 cm−2s−1 erreicht wurden.[3] Der derzeitige Weltrekord wird vom Elektron/Positron-Beschleuniger KEKB in Japan gehalten und beträgt 2,11·1034 cm−2s−1 (7. Juni 2009).[4] Allerdings sind die verschiedenen Beschleuniger aufgrund ihrer unterschiedlichen Bauweisen und Art der beschleunigten Teilchen nur schwer vergleichbar: Den Weltrekord bei Protonen-Beschleunigern hält der LHC.

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. Bogdan Povh, Klaus Rith, Christoph Scholz, Frank Zetsche: Teilchen und Kerne („Particles and nuclei“). 5. Aufl. Springer, Berlin 2006, ISBN 978-3-540-36683-6
  2. LHC morning meeting: 27. Juni 2016, Seite 14
  3. fnal.gov: Tevatron Luminosity
  4. Tetsuo Abe et al.: Achievements of KEKB. In: Prog. Theor. Exp. Phys. 03A001, 2013, S. 1–18, doi:10.1093/ptep/pts102.