La dispersión intrarabeam ( IBS ) es un efecto en la física del acelerador donde las colisiones entre partículas acoplan la emitancia del haz en las tres dimensiones. Esto generalmente hace que aumente el tamaño del haz. En los aceleradores de protones, la dispersión intrahaz hace que el rayo crezca lentamente durante un período de varias horas. Esto limita la vida útil de la luminosidad . En los aceleradores de leptones circulares, la dispersión intrahaz se contrarresta mediante la amortiguación de la radiación , lo que da como resultado una nueva emitancia de haz de equilibrio con un tiempo de relajación del orden de milisegundos. La dispersión intrarabeam crea una relación inversa entre la pequeñez del haz y el número de partículas que contiene, por lo que limita la luminosidad..
Los dos métodos principales para calcular los efectos de la dispersión intrahaz fueron realizados por Anton Piwinski en 1974 y James Bjorken y Sekazi Mtingwa en 1983. La formulación de Bjorken-Mtingwa se considera la solución más general. Ambos métodos son computacionalmente intensivos. Se han realizado varias aproximaciones de estos métodos que son más fáciles de evaluar, pero menos generales. Estas aproximaciones se resumen en las fórmulas de dispersión Intrabeam para haces de alta energía de K. Kubo et al.
Las tasas de dispersión intrarabeam tienen un dependencia. Esto significa que sus efectos disminuyen al aumentar la energía del haz. Otras formas de mitigar los efectos del SII son el uso de meneos y la reducción de la intensidad del haz. Las tasas de dispersión transversal intrahaz son sensibles a la dispersión.
La dispersión intrarabeam está estrechamente relacionada con el efecto Touschek . El efecto Touschek es una vida basada en colisiones intrahaz que resultan en la expulsión de ambas partículas del haz. La dispersión intrabeam es un período de subida basado en colisiones intrahaz que dan como resultado un acoplamiento de impulso.
Formulación de Bjorken-Mtingwa
Las tasas de crecimiento del betatrón para la dispersión intrahaz se definen como,
- ,
- ,
- .
Lo siguiente es general para todas las vigas agrupadas,
- ,
dónde , , y son la extensión del impulso, horizontal y vertical son los tiempos de crecimiento del betatrón. Los corchetes angulares <...> indican que la integral se promedia alrededor del anillo.
Definiciones:
- es el radio clásico de la partícula
- es la velocidad de la luz
- es el número de partículas por racimo
- es la velocidad dividida por la velocidad de la luz
- es la energía dividida por la masa
- y es la función betatrón y su derivada, respectivamente
- y es la función de dispersión y su derivada, respectivamente
- es la emitancia
- es la longitud del racimo
- es la propagación del impulso
- y son los parámetros de impacto mínimo y máximo. El parámetro de impacto mínimo es la distancia de aproximación más cercana entre dos partículas en una colisión. El parámetro de impacto máximo es la distancia más grande entre dos partículas de modo que sus trayectorias no se alteren por la colisión. El parámetro de impacto máximo debe tomarse como el tamaño mínimo de la viga. Consulte [1] [2] para ver un análisis del registro de Coulomb y soporte para este resultado.
- es el ángulo de dispersión mínimo.
Regla de la suma del equilibrio y la tasa de crecimiento
El IBS puede verse como un proceso en el que las diferentes "temperaturas" intentan equilibrarse. Las tasas de crecimiento serían cero en el caso de que
que el factor de procedente de la transformación de Lorentz. De esta ecuación, vemos que debido al factor de, el longitudinal es típicamente mucho más "frío" que el transversal. Por lo tanto, generalmente obtenemos un crecimiento en el longitudinal y una contracción en el transversal.
También se puede expresar la conservación de energía en IBS en términos del invariante de Piwinski
dónde . Por encima de la transición, solo con IBS, esto implica que no hay equilibrio. Sin embargo, para el caso de la amortiguación y difusión de la radiación, ciertamente existe un equilibrio. El efecto de IBS es provocar un cambio en los valores de equilibrio de las emisiones.
Inclusión de acoplamiento
En el caso de una viga acoplada, se debe considerar la evolución de las equivalencias acopladas. Las tasas de crecimiento se generalizan a
Medición y comparación con la teoría
La dispersión intrarabeam es un efecto importante en las fuentes de luz del "anillo de almacenamiento definitivo" y los anillos de amortiguación de leptones propuestos para International Linear Collider (ILC) y Compact Linear Collider (CLIC). En KEK, [3] CesrTA, [4] y en otros lugares se han realizado estudios experimentales destinados a comprender la dispersión intrahaz en haces similares a los utilizados en este tipo de máquinas .
Referencias
- A. Piwinski, en Proceedings of the 9th International Conference on High Energy Accelerators, Stanford, CA, 1974 (SLAC, Stanford, 1974), pág. 405
- J. Bjorken y S. Mtingwa, Part. Accel. 13 , 115 (1983).
- K. Kubo y col. , Phys. Rev. ST Accel. Vigas 8 , 081001 (2005).
- ^ B. Nash y col. , "Un nuevo análisis de la dispersión intrahaz", Conf.Proc. C030512 (2003) 126, http://inspirehep.net/record/623294
- ^ http://www.slac.stanford.edu/pubs/slacreports/slac-r-820.html
- ^ KLF Bane, H. Hayano, K. Kubo, T. Naito, T. Okugi y J. Urakawa, Phys. Rev. ST Accel. Beams 5, 084403 (2002). http://prst-ab.aps.org/abstract/PRSTAB/v5/i8/e084403
- ^ MP Ehrlichman, et al., Phys. Rev. ST Accel. Vigas 16, 104401 (2013). http://prst-ab.aps.org/abstract/PRSTAB/v16/i10/e104401