Physik in unserer Zeit

Redaktion 100 GeV Linear Collider

Bei CERN setzt man auf das LEP-Projekt und will d o n mit einem riesigen Beschleuni- gerring von knapp 9 km Durchmesser Elek- tronen und Positronen mit jeweils 50 GeV Energie aufeinanderschieaen. Physiker in Stanford/USA dagegen mochten ihren Linear- beschleuniger (Linac) am SLAC so umbauen und erweitern, da8 dort 50 GeV Elektroned Positronenstrahlen in einer linearen Anord- nung aufeinanderprallen konnen. Die Kosten steigen fur Elektronen-Speicherringe propor- tional zum Quadrat der Energie im Schwer- punktsystem, fur lineare Anordnungen je- doch nur proportional zur Energie. Ab etwa hundert GeV sollte ein Linear Collider billi- ger sein als ein Speicherring. Das groflte Hindernis beim Erreichen hoher StoRenergien bildet in ringformigen Systemen die Synchrotronstrahlung. Dieser Verlust an Energie mu8 durch riesige Hochfrequenz- sender kontinuierlich kornpensiert werden. Unvorteilhaft bei linearen Anordnungen ist, da8 die beschleunigten Teilchen nach einma- ligem Gebrauch ,weggeworfen" werden. Im geplanten Linear Collider sol1 ein Elektro- nenpaket auf 50 GeV beschleunigt werden. Dicht dahinter folgt ein Positronenpaket, das von der entgegengesetzten Phase des Hoch- frequenzzyklus auf die gleiche Energie be- schleunigt wird. Die beiden Bundel werden dann separiert und jeweils uber ein kurzes gekrummtes Beschleunigerstuck zu einem

Frontalzusammensrof? gebracht (Abbildung 1). Beim Verlassen des Linacs betragt der Strahlradius 100 km. Im Bogensektor wird dieser W e n durch Magnete auf 30 pm redu- zien. Weitere Magnetanordnungen sollen dann kurz vor der Kollision einen Strahlra- dius von 1,4 pm erzeugen. Wihrend der Durchdringung der e-/e+-Strahlen (Abbil- dung 2) erreicht man durch den Pincheffekt nochmal eine Strahl-Einschniirung um den Faktor 3 bis 6, was die Luminositat entspre- chend heraufsetzt. (Lurninositat x Wir- kungsquerschnitt fur einen bestimmten Pro- ze8 = Zahlrate.) Eine deranig starke Fokussierung ist in Spei- cherringen mit umlaufenden Elektronen- bzw. Positronenstrahlen nicht moglich, da die Partikel nach Passieren der Wechselwir- kungszone zu divergent auseinanderlaufen. Das Ausbauprogramm am SLAC besteht aus drei Teilen: Zunachst rnuf3te die Elektronen- quelle verbessert werden. Man erreicht heute in einem Elektronenpaket 5 . 10" Teilchen. Diese Elektronenbundel miissen mit einer Prazision von O,1 mm in den Linac einge- schossen werden. Weiter muB in den ersten Teil der etwa 3 km langen Rennstrecke ein 1,Z GeV-Speicherring eingebaut werden. Er dienr zur Verbesserung der Strahlqualitat. SchlieClich sind die Tunnel und Experirnentierhallen am Ende des Linacs zu errichten. Die Design-Luminositat des

Phyrik in rnserer Zeit / 13. Jahrg. 1982 1 Nr. 2 0 Verlag Chemie GmbH. 0-6940 Weinheim, 1982 0031-9252/82/0203-0033 $02.50/0

Abb. 1. Geplanter Linear Collider in Stan- ford/USA. In die 3 km lange Rcnnstrecke wcrden Elektroncn und Positronen einge- schossen und uber die Heschleuniger-Hii- gcn 7ur I~rontalkollision grhraclit.

Ahh. 2. Monte Carlo Simulation cler Kolli- sion von 13ektronen- und I'ositronen-1'8- keten. I h r c h den Pincheffckt werden die Strahlcn wihrcnd dcr Ihrchdr ingung auf cinen Radius von wenigcr al\ 1 iini ringc- FC h n ii r t .

Linear Colliders ist 6 . 1 O"/cm's bei I00 GeV, die 1985 erreicht werden SOH. Eine StoBener- gie von 140 GeV im Schwerpunktsystem ist durch zusatzlichen Einbau von Hochfre- quenzklystrons moglich. Ziel der Aktivitaten bei C E R N (LEP), am SLAC sowie auch am geplanten 100 GeV Speicherring der Cornell University ist der Nachweis des neutralen 2" (Masse etwa 90 GeV/c2), also jenes Teilchens, das neben dem W* (Masse je knapp 80 GeVlc') die schwa- che Wechselwirkung vermitteln soll. Weiter hofft man das bei PETRA unterhalb von 38 GeV StoRenergie im Schwerpunktsystem noch nicht gefundene Top-Quark nachwei- sen zu konnen. (Physics Today, Oct. 81, S. 17 sowie C E R N Courier, JanJFebr. 1982, S. 9)

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