Gefahren durch die Experimente am CERN - LHC

[Neuronium]

Hallo,

so wie ich gelesen habe sollen ca. 40 Millionen Kollisionen pro Sekunde
Protonen aufeinander Treffen.

Mein frage ist nun wie oft könnte ein Mini SL entstehen nach dem
es wieder zerstrahlt?
Gehen wir mal davon aus das in der Zeit der Kollisionen sagen wir mal
5000 entstehen...kann es sein das dann diese 5000 Mini SL sich zu einem
einzigem vereinigen bevor es überhaupt zerstrahlen kann und auf Grund
der 40 Millionen Kollisionen pro Sekunde noch weitere hinzukommen
das es dann schließlich doch wächst und stabil bleibt da weitere Kollisionen ständig hinzugefügt werden?

Entschuldigt meine Ausdrucksweise.... ;-) Hoffe ihr versteht was ich meine

lg

 

[nomad]

Hallo,

so wie ich gelesen habe sollen ca. 40 Millionen Kollisionen pro Sekunde
Protonen aufeinander Treffen.

Mein frage ist nun wie oft könnte ein Mini SL entstehen nach dem
es wieder zerstrahlt?
Gehen wir mal davon aus das in der Zeit der Kollisionen sagen wir mal
5000 entstehen...kann es sein das dann diese 5000 Mini SL sich zu einem
einzigem vereinigen bevor es überhaupt zerstrahlen kann und auf Grund
der 40 Millionen Kollisionen pro Sekunde noch weitere hinzukommen
das es dann schließlich doch wächst und stabil bleibt da weitere Kollisionen ständig hinzugefügt werden?

Entschuldigt meine Ausdrucksweise.... ;-) Hoffe ihr versteht was ich meine

lg

40 Millionen Kollisionen pro Sekunde stimmt nicht ganz. 40 Millionen mal pro Sekunde kollidieren 10^11 Protonen mit 10^11 Protonen. Tatsächlich bekommt man wohl etwa 600 Millionen Kollisionen zwischen Quarks und Gluonen pro Sekunde.

Sollte ein SL erzeugt werden, lebt es allerdings nur weniger als 10^-26 s und ist kleiner als 10^-18m. Es ist zerfallen, bevor es auch nur den hundertsten Teil eines Atomduchmessers weit geflogen ist. Die Wahrscheinlichkeit, in der Zeit noch ein anders SL aufzusammeln ist verschwindend gering. Und wenn, dann zerfallen beide zusammen immer noch rasend schnell.

nomad.

 

[Orbit]

Neuronium
Diese Frage hat ein anderer User im Beitrag 979 auch schon mal gestellt. Lies auch das folgende Dutzend an Beiträgen, dann weisst Du Bescheid.
Orbit

 

[mac]

Hallo nomad,

wie rechnest Du das?

40 Millionen mal pro Sekunde kollidieren 10^11 Protonen mit 10^11 Protonen.

Wenn ich pro Proton 1E14 eV annehme, liegst Du damit um rund einen Faktor 10000 über der Kapazität der Notabschaltung. (Siehe dazu Beitrag 29 in diesem Thread)


Herzliche Grüße

MAC

 

[fspapst]

schliesse mich sir atlan an - und danke für die gut arbeit die ihr hier im forum leistet -

Danke und herzlichen Glückwunsch an die vielen "Fleißigen" die hier erfolgreich Aufklährung getätigt haben und anscheinend so manschem Leser die Bedenken zerstreuen konnte.

Mich hat die positive Resonanz erstaunt aber auch sehr gefreut.

Gruß
FS

 

[nomad]

Hallo nomad,

wie rechnest Du das? Wenn ich pro Proton 1E14 eV annehme, liegst Du damit um rund einen Faktor 10000 über der Kapazität der Notabschaltung. (Siehe dazu Beitrag 29 in diesem Thread)


Herzliche Grüße

MAC

Hallo MAC,

welche Notabschaltung??? Beitrag 29 trägt dazu nichts erhellendes bei....

Beim LHC sind bei nominalen Strahlparametern pro Richtung 2808 Strahlpakete mit je 10^11 Protonen gegenläufig mit einer Energie von je 7 TeV (das sind 7x10^12 eV) unterwegs.

In den Kollisionszonen treffen also alle 25ns die je zwei Strahlpakete von 10^11 Protonen aufeinander. Man erwartet dabei jedesmal etwa 20 Reaktionen. Die meisten übrigens nicht aus hochenergetischen Quark-Quark-Kollisionen, sondern aus niederenergetischen sog. 'underlying events', wenn im Proton nur zwei Quarks mit geringem Impuls kollidieren.

nomad.

 

[Aragorn]

Auf "Welt der Physik" finde ich ähnliche Angaben:

LHC - die wichtigsten Parameter

Umfang: 26,659 km
Magnete: supraleitend bei 1,9 K (Dipole und Quadrupole) bzw. 4,5 K
Magnetfeld: max. 9 T
Kollidierende Teilchen: Protonen und schwere Ionen
Schwerpunktsenergie: 14 TeV für Protonen, 1150 TeV für Schwerionen
max. Luminosität: 10^34 cm-2s-1
Kollisionsrate: max. 40 Millionen pro Sekunde

Bei LHC erreicht man diese hohe Luminosität dadurch, dass die beiden Vakuumröhren mit 2808 Protonenpaketen gefüllt werden, wobei jedes Paket 10^11 Protonen beinhaltet.

Die interessanten Kollisionen sind etwa 10^8-mal seltener als die als Untergrund betrachteten Standardereignisse bekannten physikalischen Ursprungs. Deshalb lässt man die Protonenstrahlen beim LHC besonders häufig zusammenstoßen: In einem zeitlichen Abstand von nur 25 Nanosekunden kollidieren die Protonenstrahlen mit einer Energie von jeweils 7 TeV miteinander. Dabei finden im Mittel etwa 25 Proton-Proton-Wechselwirkungen gleichzeitig statt, mit ca. 1600 den Detektor durchquerenden geladenen und ebenso vielen neutralen Teilchen. Pro Sekunde muss der Detektor also gut 10^11 Teilchen mit Datenraten in der Größenordnung von Terabyte pro Sekunde verarbeiten. Zusammen mit der zusätzlich damit verbundenen Materialschädigung durch Strahlung stellt diese extrem hohe Datenrate enorme Anforderungen an die Detektorentwicklung. Die Strahlungsdosis, welche die Detektoren in der Nähe der Wechselwirkungszone in zehn Jahren verkraften müssen, beträgt 10^15 Teilchen/cm2 oder 600 kGy. Zum Vergleich: Dies ist zwei Milliarden Mal mehr als die bei einer Röntgenaufnahme der Lunge absorbierte Strahlendosis.

http://www.weltderphysik.de/de/181.php
http://www.weltderphysik.de/de/183.php
http://www.weltderphysik.de/de/184.php

Ich nehme mal an, das obige bedeutet zusammengefaßt:

1) Der Protonenstrahl braucht pro Umlauf ca. t = 27 km / 300000 km/s -> t = ca. 0,1 ms

2) In jedem Ring sind 2808 Protonenpakete mit je 10^11 Protonen (Protonenfluß ca. 3*10^18 pro sek)

3) im Mittel ergibt sich eine Kollisionsrate von 25 Protonen-Proton-Wechselwirkungen alle 25 ns -> 1 Milliarde Kollisionen pro sek

4) 40 Millionen mal pro sek (1/25 ns) prallen zwei Protonen-Pakete (mit je 10^11 Protonen) aufeinander.

Gruß Helmut

 

[nomad]

Ich nehme mal an, das obige bedeutet zusammengefaßt:

1) Der Protonenstrahl braucht pro Umlauf ca. t = 27 km / 300000 km/s -> t = ca. 0,1 ms

2) In jedem Ring sind 2808 Protonenpakete mit je 10^11 Protonen (Protonenfluß ca. 3*10^18 pro sek)

3) im Mittel ergibt sich eine Kollisionsrate von 25 Protonen-Proton-Wechselwirkungen alle 25 ns -> 1 Milliarde Kollisionen pro sek

4) Woher die 40 Millionen-Kollisionen pro sek herkommen sehe ich nicht.

Gruß Helmut

Hallo Helmut,

ist im wesentlichen richtig.

Alle 25ns treffen sich zwei Protonenpakete (40 Mio mal pro Sekunde). Im Schnitt gibt es etwa 20 Kollisionsereignisse pro Paket-Kollsion, macht also etwa 800 Mio pro Sekunde. Nicht unbedingt 20 Proton-Proton-Kollisionen sondern häufig Quarkkollisionen aus dem gleichen Protoen.

Die 40 Mio/s beziehen sich auf die 'Strahldurchgänge': zwei Pakete treffen sich. Die 800 Mio/s sind die Zahl der tatsächlichen Quark, bzw. Gluonenkollisionen.

Alles klar?

nomad.

 

[Aragorn]

Hallo nomad,

Alles klar?

Ja soweit ist alles klar. Danke.

Die meisten übrigens nicht aus hochenergetischen Quark-Quark-Kollisionen, sondern aus niederenergetischen sog. 'underlying events', wenn im Proton nur zwei Quarks mit geringem Impuls kollidieren.

Wenn ich das richtig verstehe, heißt dies es könnten (wenn auch viel seltener) Quark-Quark-Kollisionen auftreten, deren Stoßenergie erheblich größer als 14 TeV ist? Sind solche seltenen hochenergetischen Reaktionen Vorraussetzung damit MBH entstehen?

Gruß Helmut

 

[Orbit]

Nicht unbedingt 20 Proton-Proton-Kollisionen sondern häufig Quarkkollisionen aus dem gleichen Protoen.

Wie genau?
Quarkkollisionen aus dem gleichen Proton
oder
Quarkkollisionen aus den gleichen Protonen?
Orbit

 

[nomad]

Hallo nomad,
Wenn ich das richtig verstehe, heißt dies es könnten (wenn auch viel seltener) Quark-Quark-Kollisionen auftreten, deren Stoßenergie erheblich größer als 14 TeV ist? Sind solche seltenen hochenergetischen Reaktionen Vorraussetzung damit MBH entstehen?

Gruß Helmut

Hallo Helmut,

nein, ist andersherum:

Die Protonen haben 7 TeV. Die Energien der Quarks und Gluonen im Proton sind aber kleiner. Die Verteilung der Impulse kann man sich hier ansehen:

http://en.wikipedia.org/wiki/Image:CTEQ6_parton_distribution_functions.png

Der plot zeigt die Wahrscheinlichkeit, ein Quark (u, d, oder s) bzw. ein Gluon (g) mit dem Teilimpuls x (gemessen im Gesamtimpuls des Protons) anzutreffen.

Wie man sieht, haben die meisten Quarks in den Kollisionen nur etwa 20% des Protonenimpulses. Das überträgt sich auf die Kollisionsenergie beider Quarks, d.h. von den 14 TeV (Proton-Proton) bleiben nur wenige TeV für die tatsächlich stattfindende Quark-Quark-Kollision übrig. Bei Gluonen ist der Impulsanteil noch niedriger.

Die MSL, von denen hier die Rede ist, können nicht viel schwerer als ein TeV sein, sonst würden sie am LHC nicht erzeugt werden.

Natürlich gibt es den sehr unwahrscheinlichen Fall, dass die kollidierenden Quarks beide genau 7 TeV tragen, dann wäre die maximale Kollisionsenergie von 14 TeV erreicht. Aber das geschieht nur sehr selten.

Darüber hinaus kann man nicht gehen, da schlägt dann die Energieerhaltung zu.

nomad.

 

[nomad]

Wie genau?
Quarkkollisionen aus dem gleichen Proton
oder
Quarkkollisionen aus den gleichen Protonen?
Orbit

Ok, ich war etwas unpräzise. Deswegen hier noch mal genauer:

Man hat etwa 20 Kollisionen von Protonen pro bunch crossing (= 'Treffen zweier Strahlpakete'). Dazu können bei einer Kollision zweier Protonen gleichzeitig mehrere Quarks kollidieren. Die allermeisten dieser Kollisionen sind aber niederenergetisch (und produzieren auf jeden Fall keine MSL).

nomad.

 

[Aragorn]

Der plot zeigt die Wahrscheinlichkeit, ein Quark (u, d, oder s) bzw. ein Gluon (g) mit dem Teilimpuls x (gemessen im Gesamtimpuls des Protons) anzutreffen.

Ah, danke. Irgendwie verstehe ich das Diagramm nicht wirklich.
Waagrecht ist der Teilimpuls (x) der Protonenbestandteile und senkrecht die Wahrscheinlichkeit aufgetragen.
Finde ich etwas komisch das die rote Kurve (gluon) eine Wahrscheinlichkeit von 1 aufweist, bei x=0,2.
Dann würde doch für die anderen Teilimpulse des Gluons eigentlich nur eine Restwahrscheinlichkeit von 0 übrigbleiben?

Außerdem verstehe ich nicht, wie man solche Kurven erstellen kann.
Die Wahrscheinlichkeit einen Teilimpuls von bsw. genau 0,4 zu messen ist imho Null. Imho kann man nur Wahrscheinlichkeiten für ein Intervall um x bestimmen. Also bsw. feststellen: Die Wahrscheinlichkeit ein Gluon mit Teilimpuls x=0,4 +-0,01 zu finden ist 0,2.

Gruß Helmut

 

[mac]

Hallo nomad,

erst mal bitte ich um Entschuldigung für die richtige Post-Nummer im falschen Thread, und der falsch hingeschriebenen Energie für ein Proton. (Zum Rechnen hatte ich aber die richtige genommen )

Ich weiß inzwischen auch wo mein Fehler bei dem heutigen Vergleich lag. Ich habe letztlich meine (damals mangels besserer Information) kontinuierliche Flußdichte mit Deiner gepulsten Flußdichte verglichen. (ziemlich umständlich verheddert mit mehreren Umrechnungen der Dichte und der Gesamtmenge über die Rohrlänge ... is ja auch egal)

Die jetzige Information 2 * 2808 Pakete à 10^11 Protonen stimmt ganz gut mit der damals im ZDF genannten Energie eines ICE überein.



Gemeint war der Post 29 in http://www.astronews.com/forum/showthread.php?p=38363#post38363

In dem ZDF-Beitrag wurde unter Anderem die Energie der beiden Protonenstrahlen mit der Energie eines ICE verglichen und das dazu erforderliche Notabschaltsystem vorgestellt.

Die Energie eines fahrenden ICE habe ich mit den Angaben aus http://de.wikipedia.org/wiki/ICE_3 etwas willkürlich zu 1,46E9 Joule angenommen.

Das sind bei 1 eV =1,6E-19 J, in eV ausgedrückt 9,11E27 eV oder 2 mal 6,5E14 solch schneller Protonen, also etwa die Größenordnung, die Du auch angegeben hast.

Herzliche Grüße

MAC

 

[ralfkannenberg]

Hallo zusammen,

gestern um 11:32 Uhr schrieb ich folgendes:

Sehr geehrter Herr Uebbing,
(...)
insbesondere wurde bislang das astronomische Argument der langlebigen Neutronensterne gerne "überlesen" und sich überdies leider auch nicht näher informiert (leider auch nicht ein bisschen).
(...)
Und - wie jedesmal - wird das astronomische Argument "vergessen".
(...)
Und schon wieder wird das astronomische Argument "vergessen"
(...)
Die experimentelle Situation zur Hawkingstrahlung ist bekannt, da braucht es keine "aktualisierende Erläuterung". Man kann sie nicht messen. Da wir aber das astronomische Argument haben besteht auch hier kein Grund zur Panik (...)

Also dreimal weise ich Herrn Uebbing auf das vergessene astronomische Argument hin und verweise zudem darauf, dass man die Hawking-Strahlung experimentell noch nicht messen kann, wegen dem astronomischen Argument aber kein grund zur Panik besteht.

Um 15:41 Uhr hat Herr Uebbing dann geantwortet:

Hallo Herr Kannenberg,

ich hätte mein Posting von heute mitternacht auch aufteilen
sollen und auch meine Anfrage zur Statistik der Pulsare an
den Anfang des Textes stellen sollen; das "vergessene" Argument
hatte ich erst unten zusammen mit einer Abschätzung zu den Pulsaren
aufgeführt und hätte mir eigentlich dazu eine berichtigte, bezifferte
Abschätzung gewünscht.

Dem entnehme ich also, dass das "vergessene" Argument nur wegen einer nicht erfolgten redaktionellen Umverteilung im Beitrag von Herrn Uebbing nicht genannt wurde.

Na schön, damit scheinen die Missverständnisse ja ausgeräumt zu sein.

Doch was lese ich nun heute auf achtphasen ?

Sehr geehrte Damen, sehr geehrte Herren,

bitte, leiten Sie dieses email weiter an den zuständigen Redakteur ihres AEI-Webangebotes. -

Hier möchte ich bitte darauf aufmerksam machen, dass angesichts der derzeitigen LHC-Sicherheitsdiskussion Ihre Informationsseite mit der Titelfrage “Zerstrahlende Schwarze Löcher ?” geeignet ist, die derzeitige Diskussion um die tatsächliche Existenz und Wirksamkeit der Hawking-Strahlung in der Öffentlichkeit zu verstärken, weil durch Ihre Webinformation mit der Kennzeichnung der Hawking-Strahlung als “hypothetische” Strahlung, die ein “theoretisches Konstrukt” “bleibt", Verunsicherung ausgelöst werden kann.

Bitte, prüfen Sie diese Seite und stellen ggf. doch dort ergänzend fest, dass der theoretische Sachstand zur Hawking-Strahlung mittlerweile soweit qualitativ theoretisch abgesichert ist, dass auch in der physikalischen Realität die Existenz der Hawking-Strahlung zweifelsfrei gewährleistet ist. - Durch eine fundierte Bewertung mit dem besagten Inhalt wird eine derzeitig leidige Diskussion in der Öffentlichkeit abgekürzt.

Haben Sie wirklich vielen Dank für die Mühe einer Fortschreibung Ihrer Informationsseiten!

Mit freundlichen Grüssen

Rudolf Uebbing

Mit keinem Wort erwähnt Herr Uebbing, dass

1. es das astronimische Argument der langlebigen Neutronensterne gibt
2. dass die Existenz der Hawking-Strahlung mit den heutigen Mitteln nicht experimentell nachgewiesen werden kann
3. dass auch ohne Hawking-Strahlung eben gerade wegen dem astronomischen Argument kein Grund zur Besorgnis besteht.


Ich stelle fest, dass wenn Herr Uebbing aus einer allfälligen Antwort des AEI, dass die Existenz der Hawking-Strahlung aufgrund der experimentellen Möglichkeiten nicht zweifelsfrei gewährleistet ist, folgert, dass also trotzdem eine Gefahr für die Erde besteht, wie Professor Rössler und andere ohnehin schon seit längerem befürchten, so wird es mir nicht leicht fallen, zu glauben, dass er nur aus Sorge um die Erde handelt.


Freundliche Grüsse, Ralf

 

[nomad]

Ah, danke. Irgendwie verstehe ich das Diagramm nicht wirklich.
Waagrecht ist der Teilimpuls (x) der Protonenbestandteile und senkrecht die Wahrscheinlichkeit aufgetragen.
Finde ich etwas komisch das die rote Kurve (gluon) eine Wahrscheinlichkeit von 1 aufweist, bei x=0,2.
Dann würde doch für die anderen Teilimpulse des Gluons eigentlich nur eine Restwahrscheinlichkeit von 0 übrigbleiben?

Außerdem verstehe ich nicht, wie man solche Kurven erstellen kann.
Die Wahrscheinlichkeit einen Teilimpuls von bsw. genau 0,4 zu messen ist imho Null. Imho kann man nur Wahrscheinlichkeiten für ein Intervall um x bestimmen. Also bsw. feststellen: Die Wahrscheinlichkeit ein Gluon mit Teilimpuls x=0,4 +-0,01 zu finden ist 0,2.

Gruß Helmut

Hallo Helmut,

Du hast mich wieder beim Vereinfachen erwischt.....

Tatsächlich ist das Leben etwas komplizierter. Der Plot zeigt genaugenommen eine Wahrscheinlichkeitsdichte für ein gegebenes Q^2. Ich denke, das führt jetzt ein wenig weit vom Thema weg..... In nullter Näherung kann man diese Kurven aber in Wahrscheinlichkeiten übersetzen.

Ein wenig mehr steht im zugehörigen Wikipedia-Artikel:
http://en.wikipedia.org/wiki/Parton

Wenn Du es genauer wissen willst, dann schick' mir eine PN, dann suche ich noch ein paar verständlichere Papiere zu dem Thema raus.

Grüße,
nomad.

 

[nomad]

Hallo nomad,

erst mal bitte ich um Entschuldigung für die richtige Post-Nummer im falschen Thread, und der falsch hingeschriebenen Energie für ein Proton. (Zum Rechnen hatte ich aber die richtige genommen )

Ich weiß inzwischen auch wo mein Fehler bei dem heutigen Vergleich lag. Ich habe letztlich meine (damals mangels besserer Information) kontinuierliche Flußdichte mit Deiner gepulsten Flußdichte verglichen. (ziemlich umständlich verheddert mit mehreren Umrechnungen der Dichte und der Gesamtmenge über die Rohrlänge ... is ja auch egal)

Die jetzige Information 2 * 2808 Pakete à 10^11 Protonen stimmt ganz gut mit der damals im ZDF genannten Energie eines ICE überein.



Gemeint war der Post 29 in http://www.astronews.com/forum/showthread.php?p=38363#post38363

In dem ZDF-Beitrag wurde unter Anderem die Energie der beiden Protonenstrahlen mit der Energie eines ICE verglichen und das dazu erforderliche Notabschaltsystem vorgestellt.

Die Energie eines fahrenden ICE habe ich mit den Angaben aus http://de.wikipedia.org/wiki/ICE_3 etwas willkürlich zu 1,46E9 Joule angenommen.

Das sind bei 1 eV =1,6E-19 J, in eV ausgedrückt 9,11E27 eV oder 2 mal 6,5E14 solch schneller Protonen, also etwa die Größenordnung, die Du auch angegeben hast.

Herzliche Grüße

MAC

Hallo MAC,

ja, das kommt hin. Obwohl die einzelne Kollision zweier Protonen nicht viel Energie enthält, hat der Gesamtstrahl natürlich schon eine Menge wumm. Und dafür braucht man auch in der Tat eine Notabschaltung. Wenn die Strahldiagnosegeräte z.B. einen erhöhten Teilchenverlust melden, wird der Strahl kontrolliert in den beam dump geschickt.

Das empfindlichste dabei sind die Detektoren selbst, da kann eine Menge kaputt gehen, wenn der Strahl aus dem Ruder läuft.

Grüße,
nomad.

 

[ralfkannenberg]

Wenn Du es genauer wissen willst, dann schick' mir eine PN, dann suche ich noch ein paar verständlichere Papiere zu dem Thema raus.

Hallo nomad,

also wenn Du Lust dazu hast würde ich mich dafür auch ohne PN interessieren


Freundliche Grüsse, Ralf

 

[Maenander]

Ich hab mir das jetz nicht genauer angeschaut, aber bei Wahrscheinlichkeitsdichten gilt normalerweise, dass die Gesamtfläche unter dem Graphen 1 ist.

Die Wahrscheinlichkeit, dass das Ergebnis in einem bestimmten Intervall liegt, ist durch die Fläche unter dem Graphen in diesem Intervall bzw. das Integral über die Wahrscheinlichkeitsdichte in diesem Intervall gegeben.

Wenn Du also das Intervall um Dein Beispiel 0,4 immer kleiner machst Aragorn, wird auch die Wahrscheinlichkeit (die Fläche bzw. das Integral) gegen 0 gehen, da hast Du vollkommen recht.

 

[mac]

Hallo nomad,

Wenn die Strahldiagnosegeräte z.B. einen erhöhten Teilchenverlust melden,

wie wird das eigentlich gemessen? Induktion? Ionisation stelle ich mir da eher (zu) stark störend vor, oder?

und das

wenn der Strahl aus dem Ruder läuft.

da kenne ich auch nur die Messverfahren, die mit einem bereits aufgefächerten Strahl verschiedene Ionisationskammern durchstrahlen und das will man ja wohl gerade nicht, bei einem solchen Collider.

In einem der Berichte über den LHC meine ich gehört zu haben, daß der Strahlduchmesser im Bereich von 1-2 mm liegt. Wie genau muß eigentlich der Fokus, oder der Ort an dem die Kollisionen stattfinden, räumlich eingegrenzt sein, um die Messungen nicht zu stören, oder ist das den Detektionverfahren egal?

Das empfindlichste dabei sind die Detektoren selbst, da kann eine Menge kaputt gehen, wenn der Strahl aus dem Ruder läuft.

Ja, das glaube ich, besonders nachdem ich die Löcher in den dicken Stahlplatten gesehen habe, die der Strahl dort hinein geschossen hat.

Herzliche Grüße

MAC