Luminosität

Luminosität ist ein Begriff aus der Beschleuniger-Physik. Mit Hilfe dieser Größe kann die zu erwartende Ereignisrate $\dot{N}$ eines Experiments in der Hochenergiephysik an einem Ringbeschleuniger mit zwei gegenläufigen Teilchenstrahlen ermittelt werden.

$\dot{N} = \sigma_\mathrm{p} \cdot L$

Dabei ist die Ereignisrate $\dot{N}$ die Anzahl zu erwartender Ereignisse pro Zeiteinheit in einem Detektor, der in einem Kreuzungspunkt der beiden Teilchenstrahlen im Beschleuniger installiert ist. σ_p ist der Wirkungsquerschnitt des zu untersuchenden Prozesses, und L ist die Luminosität.

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.

Die Luminosität eines Speicherrings ergibt sich aus der Anzahl der Teilchen in den aufeinander treffenden Paketen (engl. bunches) N₁ und N₂ und der Anzahl n der Bunches, die mit der Wiederholfrequenz f zur Kollision gebracht werden. Die Teilchenpakete haben die Querschnittsfläche A, woraus sich die Wechselwirkungsfläche ergibt.

$L = \frac{n \cdot N_1\cdot N_2 \cdot f}{A}$^{[Literatur 1]}

Wenn die Luminosität bekannt ist, kann damit der differentielle Wirkungsquerschnitt ermittelt werden.

Die Luminosität hat dieselbe Einheit wie die Teilchenstromdichte, [L] = cm^-2s^-1. Am Großbeschleuniger LHC soll eine Luminosität von ungefähr 10³⁴cm^-2s^-1 erreicht werden, während am Tevatron zuletzt Luminositäten von ca. 4·10³²cm^-2s^{-1 [1]} erreicht wurden. Der derzeitige Weltrekord wird vom Elektron/Positron-Beschleuniger KEKB in Japan gehalten und beträgt 1,96·10³⁴cm^-2s^-1 (6. Mai 2009). 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 mit 3,6·10³³cm^-2s^-1 (Stand: 27. Oktober 2011).

Einzelnachweise

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

1. ↑ http://www.fnal.gov/pub/now/tevlum.html