Hiểu vật lý trong 60 giây - Bài 13 . Độ sáng

Hiểu vật lý trong 60 giây - Bài 13 .  Độ sáng  

Lời nói đầu .


Tạp chí Symmetry trình bày rất nhiều lĩnh vực khác nhau trong Vật lý hiện đại với những ý tưởng , bài viết , công trình lý thuyết lẫn thực nghiệm của tập thể các nhà khoa học hàng đầu hiện nay trên thế giới . Chuyên mục " Hiểu biết Vật lý trong 60 giây " tổng hợp một số bài viết ngắn gọn , súc tích và đầy tính đột phá trong việc giải thích các cơ chế vật lý nhằm giúp người đọc dễ dàng tiếp cận những thông tin mới mẻ . Tác giả của những bài viết này hiện đang công tác tại các Trung tâm nghiên cứu , Viện Khoa học và các trường Đại học danh tiếng nên nguồn thông tin luôn được cập nhật thường xuyên .
 Xin trân trọng giới thiệu đến bạn đọc .




Trần hồng Cơ .
Tham khảo - Trích lược .
Ngày 05/05/2014.




 ------------------------------------------------------------------------------------------- 

 Độ sáng    

Minh họa: Sandbox Studio



Độ sáng là thước đo mức độ hiệu quả của một máy gia tốc hạt trong việc sản sinh ra những sự kiện va chạm. Vì các thí nghiệm tìm kiếm dữ liệu của một số lượng va chạm ngày càng tăng nhằm khám phá các hạt vật lý  mới , những nhà vật lý gia tốc hạt phải làm việc liên tục để tăng độ sáng của một máy va chạm.

Xem video clip mô tả độ sáng của máy va chạm LHC .



Trong lý thuyết tán xạ và vật lý gia tốc , độ sáng ( L ) được định nghĩa là tỷ số giữa số sự kiện được phát hiện ( N ) trong một thời gian nhất định ( t )  trên thiết diện tương tác cross-section (σ) :
$L = \frac{1}{\sigma}.\frac{dN}{dt}$
Nó có thứ nguyên tính theo các sự kiện trên thời gian cho mỗi phần diện tích, và thường được biểu diễn trong hệ đơn vị CGS là  $cm ^{-2} · s ^{-1}$ hoặc trong hệ đơn vị phi-SI là $ b ^{-1} · s^ {-1}$ .
 Trong thực tế, độ sáng L  phụ thuộc vào các thông số của chùm hạt , như chiều rộng chùm và tốc độ dòng hạt, cũng như các thuộc tính mục tiêu , chẳng hạn như kích thước mục tiêu và mật độ.

Một đại lượng liên quan là độ sáng tích hợp ( $L_{int}$ ), là tích phân của độ sáng theo thời gian:
$L_{int}=\int Ldt$
Độ sáng và độ sáng tích hợp là những giá trị hữu ích để mô tả hiệu suất của một máy gia tốc hạt . Đặc biệt, tất cả các thí nghiệm va chạm đều nhằm mục đích tối đa hóa độ sáng tích hợp, khi độ sáng tích hợp càng cao sẽ có thêm nhiều dữ liệu để phân tích.
Xem thêm :  http://cds.cern.ch/record/941318/files/p361.pdf

Trong một máy va chạm, các hạt được lưu trữ trong một chuỗi các bó (bunches) để tạo thành một chùm. Mỗi bó có kích thước của một hạt gạo và chứa một vài tỷ hạt.

Những chùm này được gia tốc làm cho va chạm nhau hướng vào các trung tâm của các máy dò hạt lớn. Đa số các hạt tránh nhau, nhưng một số tương tác nhau và tạo ra các sự kiện va chạm mong muốn. Độ sáng của máy gia tốc xác định mức độ mà những va chạm này xảy ra.

Mô hình sau phác họa phương thức các chùm hạt được gia tốc trong LHC trước khi chúng va chạm nhau  (theo CERN) . Trong các thí nghiệm vật lý năng lượng cao hạt thường va chạm với các phản hạt của chúng (các electron với positron, hay proton với phản-proton) để chúng tự hủy, giải phóng nhiều năng lượng để có thể tạo ra các loại hạt mới . Năng lượng chùm tia sẽ xác định các loại thuộc quá trình hạ nguyên tử nào có thể được nghiên cứu chi tiết .

Để vượt qua các giới hạn của công nghệ, các nhà vật lý gia tốc tăng độ sáng bằng cách đặt nhiều hạt hơn trong mỗi bó , tạo ra va chạm nhiều bó hạt mỗi giây, và ép bó hạt với kích thước nhỏ nhất khả dĩ tại điểm va chạm.  Với sự khéo léo của các nhà khoa học , độ sáng cao điểm trong các máy va chạm hiện nay đã tăng gấp hơn một trăm ngàn lần trong 30 năm qua.

Theo  John Seeman,
Stanford Linear Accelerator Center - Trung tâm gia tốc tuyến tính Stanford .

 +++++++++++++++++++++++++++

Nguồn :
1. http://www.symmetrymagazine.org/article/february-2006/60-seconds-luminosity
2. https://wiki.bnl.gov/eic/index.php/Luminosity
3. http://en.wikipedia.org/wiki/Luminosity_(scattering_theory)
4. http://hilumilhc.web.cern.ch/
5. http://inspirehep.net/record/822071/plots
6. http://lhcathome.web.cern.ch/sixtrack/look-accelerators
7.http://www.lhc-closer.es/1/3/2/0




Trần hồng Cơ
Tham khảo - Trích lược .
Ngày 22/01/2015 .




-------------------------------------------------------------------------------------------

 Người có học biết mình ngu dốt. The learned man knows that he is ignorant.

 Victor Hugo. Hugo.