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Archiv verlassen und diese Seite im Standarddesign anzeigen : LHC mit nie dagewesener Luminosität - Warum keine EINZELNEN Protonen ?


inside
17.05.16, 14:26
Hallo zusammen.

Ich denke, Ihr verfolgt auch alle laufend die aktuellen Experimente am LHC.

Dabei sieht man immer wieder, dass die Medien von noch besserer Leistung sprechen, etc...

Die Frage, die ich mir stelle, ist einfach: Warum sind die nicht in der Lage, EIN einzelnes Proton mit EINEM anderen einzelnen Proton zur Kollision zu bringen?

Mit der dort vorhandenen Hochleistungs-Technik sollte das doch möglich sein, oder etwa nicht ?

JoAx
17.05.16, 14:52
Warum sind die nicht in der Lage, EIN einzelnes Proton mit EINEM anderen einzelnen Proton zur Kollision zu bringen?


Was würde das bringen? Was wäre anders? Was wäre besser?

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17.05.16, 14:59
Besser wäre, DIREKTERE Zerfallsresultate zuordnen zu können zu einer EINZELNEN Kollision, anstatt sich mit 2000 - 4000 Protonencrashs rumschlagen zu müssen, Filtern, Sortieren, validieren, etc...

JoAx
17.05.16, 15:09
Besser wäre, DIREKTERE Zerfallsresultate zuordnen zu können zu einer EINZELNEN Kollision, anstatt sich mit 2000 - 4000 Protonencrashs rumschlagen zu müssen, Filtern, Sortieren, validieren, etc...

:)

Die Zerfallsresultate sind aber jedes mal anders. Erinnere dich daran, dass es hier um Quantenmechanik geht. Und in der QM hat man mit wahrscheinlichen Resultaten zu tun. D.h. (ganz grob) - nicht jede Proton-Proton Kollision erzeugt ein Higgs-Boson. Da braucht man Masse (an Kollisionen), um überhaupt das interessante Ereignis ein Mal zu erzeugen. :rolleyes:

Da kommt man ums Filtern und Sortieren (=Statistik) nicht herum.
Also - entweder einzelne Kollisionen über eine sehr, sehr, sehr, ... lange Zeit;
Oder - in kurzer Zeit sehr, sehr, sehr, ... viele Kollisionen.

Und die Hardware im LHC leistet schon sehr viel Arbeit, um "uninteressante" (=bereits gut bekannte) Ereignisse auszusortieren.

:D

inside
17.05.16, 15:27
Eigentlich war mein Grund dieser Frage der hier: Sind die Maschinen nicht in der Lage, zwei einzelne Protonen so zu zentrieren, dass die sich überhaupt träfen, und daher machen die es mit "bunches" von Protonen ??? Denn so ein Proton ist ja sehr klein.

(Nebenbei: Wurden schon mal Elektronen kollidiert ???).

JoAx
17.05.16, 15:34
Eigentlich war mein Grund dieser Frage der hier: Sind die Maschinen nicht in der Lage, zwei einzelne Protonen so zu zentrieren, dass die sich überhaupt träfen, und daher machen die es mit "bunches" von Protonen ??? Denn so ein Proton ist ja sehr klein.


Ja, das wird auch eine Rolle spielen. Aber auch hier ist nicht der Umstand des Zusammenpralls an sich wichtig, sondern, dass dabei etwas zählbares raus kommt.


(Nebenbei: Wurden schon mal Elektronen kollidiert ???).

Natürlich. Es ist sogar wünschenswert mit Elektronen (und Positronen) zu arbeiten, wenn man z.B. nur an der elektroschwachen Wechselwirkung interessiert ist, und so gar nicht an der starken. Letztere ist bei Elektronen gar nicht vorhanden, und kann somit nicht stören. Beim CERN gibt es auch solche Experimente:

Large Electron Positron Collider (https://de.wikipedia.org/wiki/Large_Electron-Positron_Collider)

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17.05.16, 15:47
Ob man es jemals schafft, diese beiden Teilchen auch noch zu zerteilen, das ist die grosse Frage. Nach dem SM sollte das nicht möglich sein... aber andere spekulieren sogar über Preonen...

JoAx
17.05.16, 19:07
Ob man es jemals schafft, diese beiden Teilchen auch noch zu zerteilen, das ist die grosse Frage. Nach dem SM sollte das nicht möglich sein... aber andere spekulieren sogar über Preonen...

Und wenn die Protone EINZELN zusammengestoßen werden, dann ändert sich ... Was?

sirius
18.05.16, 03:34
Und wenn die Protone EINZELN zusammengestoßen werden, dann ändert sich ... Was?

Die genaue Bestimmbarkeit jedes einzelnen Vorgangs?

Hier ein Beitrag aus dem Jahr 2013 der sich mit der teilweise angesprochenen Thematik befasst.

http://www.spektrum.de/alias/subatomare-strukturen/sind-elementarteilchen-wirklich-elementar/1214567

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18.05.16, 09:25
Das war ja mein Anliegen, anstatt die Spliiter aller Protonen in zwei kollidierenden Bunches mühsam auseinander zu kalkulieren, danach wieder mühsam zuordnen zu können, WELCHE Splitter nun von welchem der 2000000 Protonen im Bunch ( und alle 25 ns kollidieren im Idealfall diese Bunches, es gibt im Idealfall an die 1700 Bunches, die kurz hintereinander im Ring rotieren, wenn ich das richtig im Sinn habe ), würden mir ca. 1 Proton pro Bunch reichen, das mit EINEM anderern Proton kollidiert. Nur damit ich ein klareres Bild habe. Dann sagen wir, alle 30 ns wiederholen wir das, das wäre doch ein viel besserer Versuchsaufbau, oder ? Ich kann mir nur vorstellen, dass die es nicht hinbekommen, einzelne Protonen gezielt zu lenken, daher nehmen die halt gleich mehrere, in der Hoffnung, dass sich dann schon einige Treffen. Das ist aber auch typisch Wissenschaftler.... wenn deren chirurgische Präzision versagt, kommt die MG zum Zuge.

JoAx
18.05.16, 10:04
Die genaue Bestimmbarkeit jedes einzelnen Vorgangs?

Hier ein Beitrag aus dem Jahr 2013 der sich mit der teilweise angesprochenen Thematik befasst.

http://www.spektrum.de/alias/subatomare-strukturen/sind-elementarteilchen-wirklich-elementar/1214567

Sorry, aber in dem Artikel wird nicht davon gesprochen.

Das war ja mein Anliegen, anstatt die Spliiter aller Protonen in zwei kollidierenden Bunches mühsam auseinander zu kalkulieren, danach wieder mühsam zuordnen zu können, WELCHE Splitter nun von welchem der 2000000 Protonen im Bunch ( und alle 25 ns kollidieren im Idealfall diese Bunches, es gibt im Idealfall an die 1700 Bunches, die kurz hintereinander im Ring rotieren, wenn ich das richtig im Sinn habe ), würden mir ca. 1 Proton pro Bunch reichen, das mit EINEM anderern Proton kollidiert. Nur damit ich ein klareres Bild habe. Dann sagen wir, alle 30 ns wiederholen wir das, das wäre doch ein viel besserer Versuchsaufbau, oder ? Ich kann mir nur vorstellen, dass die es nicht hinbekommen, einzelne Protonen gezielt zu lenken, daher nehmen die halt gleich mehrere, in der Hoffnung, dass sich dann schon einige Treffen. Das ist aber auch typisch Wissenschaftler.... wenn deren chirurgische Präzision versagt, kommt die MG zum Zuge.

Man o man! Noch ein Mal - die Protone und Elektrone und Co. sind keine Billard Bälle. Es ist auch egal, von welchem Zusammenprall eine Spur exakt kommt. Die Signatur der Spur verrät, was das für ein Quant ist, und das alleine ist ausreichend. Von welchen der vielen Zusammenstöße die Spur kommt, ist irrelevant.

Das ist so, als würde einer, der vom Aufbau seines Autos nur das Lenkrad kennt, dem Mechaniker vorschreiben, was der zu tun hat. :(

inside
18.05.16, 11:14
Schau doch mal, wenn ein Proton mit einem anderen kollidiert, und ein anderes in einem anderen Winkel mit den Resten kollidiert, kann man dann genau sagen, welche Kollision welches Signal erzeugte ? Es könnten Splitter mit anderen Splittern kollidieren und so ein komplett verzerrtes Bild erzeugen. Verstehst Du, warum ich das nun "genauer" haben wollen würde ?

sirius
18.05.16, 11:16
Sorry, aber in dem Artikel wird nicht davon gesprochen.




Ich konnte da schon einen Zusammenhang zu hier geposteten Beiträgen herauslesen...

JoAx
18.05.16, 14:13
Ich konnte da schon einen Zusammenhang zu hier geposteten Beiträgen herauslesen...

Das ist irgendwie klar. Sonst hättest du wohl kaum das Artikel erwähnt.


Welche Stellen des Artikels siehst du mit
welchen Beiträgen hier
wie zusammenhängen?


Mit Zitaten, bitte.

JoAx
19.05.16, 12:27
Schau doch mal, wenn ein Proton mit einem anderen kollidiert, und ein anderes in einem anderen Winkel mit den Resten kollidiert, kann man dann genau sagen, welche Kollision welches Signal erzeugte ? Es könnten Splitter mit anderen Splittern kollidieren und so ein komplett verzerrtes Bild erzeugen. Verstehst Du, warum ich das nun "genauer" haben wollen würde ?

Ich verstehe, dass du dir das Proton offenbar wie einen Frosch vorstellst, den man in aller Ruhe sezieren kann. Das ist einfach viel zu weit von der Realität entfernt.

Hawkwind
19.05.16, 12:50
Ich verstehe, dass du dir das Proton offenbar wie einen Frosch vorstellst, den man in aller Ruhe sezieren kann. Das ist einfach viel zu weit von der Realität entfernt.

Es geht eben darum, eine zuverlässige Statistik "einzusammeln" im Experiment - je mehr Ereignisse um so besser. Man misst Wahrscheinlichkeiten: Wirkungsquerschnitte und Verteilungen; ein einzelnes Event ist völlig nutzlos - das kann man gar nicht vom Störhintergrund unterscheiden.

JoAx
19.05.16, 13:03
Es geht eben darum, eine zuverlässige Statistik "einzusammeln" im Experiment - je mehr Ereignisse um so besser. Man misst Wahrscheinlichkeiten: Wirkungsquerschnitte und Verteilungen; ein einzelnes Event ist völlig nutzlos - das kann man gar nicht vom Störhintergrund unterscheiden.

Meine Rede. Ich habe in diesem Zusammenhang mal wieder die Seite von Lorenzy (http://www.quanten.de/forum/member.php5?u=10) besucht

lhc-facts.ch (http://www.lhc-facts.ch/index.php?page=parameter)


Protonenmodus
max. Anzahl Protonenpakete: 2808
Anzahl Protonen pro Paket: 115 Milliarden
Zeitlicher Paketabstand: 24.95 ns
max. kinetische Teilchenenergie: 7 TeV
% Lichtgeschwindigkeit: 99.9999991 %c
Schwerpunktenergie (Kollision): 14 TeV
Luminosität: 1034 cm-2 s-1
Halbwertszeit der Luminosität: 10 Stunden
gespeicherte Energie pro Strahl: 350 MJ


Um die selbe Statistik mit einzelnen Protonen zu sammeln, müsste man 115 Milliarden mal mehr Strahlen erzeugen! :eek:
Mit Null Mehrwert. :cool:

inside
19.05.16, 16:16
Danke für die Details. Es ist nicht die Statistik um eine grosse Menge an auszuwertenden Daten zu erforschen. Es geht mir um EINE Kollision. Die sollte meiner Meinung nach WENIGER Störgeräusche haben, als diese Massenkarambolagen. Da stimmt Ihr mir doch sicher zu.

Hawkwind
20.05.16, 11:12
Vermutlich unterschätzt du die Herausforderungen am LHC. Man schiesst in den Kollisionsregionen Bündel von - weissgottwievielen - Protonen pro Bündel aufeinander und beobachtet dann lediglich eine Handvoll Kollisionen, die tatsächlich stattfinden.

inside
23.05.16, 10:07
Eben, in die Richtung wollte ich , endlich laufen wir dahin. Es ist also nicht möglich, ein Proton mit einem Proton willkürlich kollidieren zu lassen, weil die einfach zu klein sind und man diese nicht so genau fokussieren kann, right ?

Hawkwind
23.05.16, 17:17
Das ist so weit sicher richtig, aber es ist noch nicht die ganze Wahrheit. Eine einzelne Kollision würde dir - wie gesagt - nicht viel nützen.

Nehmen wir als Beispiel mal die Erzeugung eines Higgs-Bosons; es ist ja nun nicht so, dass du so ein Ereignis daran erkennst, dass du in deinen Detektoren ein Higgs-Boson direkt nachweist. Dazu ist das Ding viel zu kurzlebig. Eine Signatur für die Erzeugung eine Higgs ist z.B. sein nachfolgender Zerfall in 2 Z-Bosonen (die du auch noch nicht direkt nachweisen kannst) und dann wiederum deren Zerfall in einen Endzustand mit 4 Leptonen.

Nun sind aber auch Ereignisse möglich mit denselben Teilchen im Endzustand, ohne dass ein Higgs erzeugt wurde (in unserem Bsp. stattdessen über die Erzeugung 2er Top-Quarks bei der Kollision, siehe Link unten).

Hast du nur ein Ereignis, wirst du niemals mit Bestimmtheit sagen können, welcher Prozess nun für die Erzeugung dieses Endzustandes verantwortlich war. Das erkennst du erst, wenn du ausreichend Statistik verfügbar hast. Z.B. kann weiterhelfen, dass du ein scharfes Maximum für die Wahrscheinlichkeit dieses Endzustandes beobachtest, wenn der Schwerpunktenergie der kollidierenden Protonen bei der Masse der Higgs-Bosons liegt. Die Erkennung und Herausfilterung dieser Hintergrundprozesse ist immer ein ganz wesentlicher Bestandteil des Experiments; machst du da einen Fehler, blamierst du dich möglicherweise bis auf die Knochen.

Mehr zu diesen Dingen am Bsp der Higgs-Erzeugung z.B. hier
https://portal.uni-freiburg.de/jakobs/dateien/vorlesungsdateien/wpf2hadroncollider/kap08b