Светимость ускорителя

Свети́мость — в экспериментальной физике элементарных частиц, параметр ускорителя, характеризующий интенсивность столкновения частиц пучка с частицами фиксированной мишени (или интенсивность столкновения частиц двух встречных пучков в случае коллайдеров). Светимость L измеряется в количестве частиц на единицу площади за единицу времени (размерность см⁻²·с⁻¹ в СГС, м⁻²·с⁻¹ в СИ, часто используются также внесистемные единицы барн⁻¹·с⁻¹). При умножении сечения σ_р какой-либо реакции на светимость получается средняя частота протекания этой реакции на данном коллайдере ${\displaystyle {\dot {N}}_{\text{р}}=L\cdot \sigma _{\text{р}}}$.

Связанная величина — интегральная светимость L_i, представляющая собой интеграл по времени от светимости за время эксперимента:

${\displaystyle L_{\text{i}}=\int Ldt.}$

Интегральная светимость является мерой количества данных, накопленных за время ускорительного эксперимента или цикла экспериментальных измерений. Она выражается в обратных единицах площади (см⁻², м⁻² или чаще в обратных барнах, обратных микробарнах, обратных фемтобарнах и т. д.) и имеет физический смысл среднего количества частиц пучка, прошедших через единицу площади мишени (или через единицу площади поперечного сечения встречного пучка) в области взаимодействия за время измерений. Не следует путать интегральную светимость ускорителя с интегральной светимостью астрономического источника (энергией, излучаемой источником за единицу времени во всём диапазоне частот).

Светимость Большого адронного коллайдера во время первых недель работы пробега была не более 10²⁹ протонов/(см²·с), но она продолжала постоянно повышаться, пока в 2017 году не было достигнуто целевое значение светимости в 2,1⋅10³⁴ протонов/(см²·с), что по порядку величины соответствует светимостям BaBar (SLAC, США) и Belle (KEK, Япония). Коллайдеру KEKB на 2017 год принадлежал мировой рекорд светимости для ускорителей с встречными пучками — 2,11⋅10³⁴ см⁻²·с^−1[1], на 2020 год он (в варианте SuperKEKB) достиг нового рекордного значения 2,4⋅10³⁴ см⁻²·с^−1[2], а 8 июня 2022 на нём достигнута светимость 4,65⋅10³⁴ см⁻²·с^−1[3].

Ниже представлено несколько примеров светимости конкретных действующих и планируемых ускорителей^[4]: