Was passiert bei Elektron-Elektron-Kollisionen?

Soweit ich weiß, hat dies noch nie jemand getan, zumindest nicht bei dem, was wir derzeit als hohe Energie betrachten. (Elektron-Elektron-Kollisionen finden natürlich die ganze Zeit bei niedriger Energie statt.) Ich bezweifle, dass etwas Interessantes passieren würde, hauptsächlich weil Elektronen sich gegenseitig abstoßen und eine geringe Masse haben. Das bedeutet, dass zwei kollidierende Elektronen einfach voneinander abprallen würden. Sie würden einige Photonen aus Bremsstrahlung erzeugen, aber es würde keine nichttriviale Wechselwirkung geben.

Selbst wenn wir den Elektronen genügend hohe Energien gegeben haben, um ihnen sehr nahe zu kommen und möglicherweise eine interessante Wechselwirkung zu haben - und wir sprechen hier wahrscheinlich von mindestens zehn oder hundert TeV -, sind die möglichen Produkte ziemlich gut durch die Erhaltung des Elektrons Lepton eingeschränkt Nummer und Gebühr. Insbesondere müssten die Reaktionsprodukte eine Gesamtladung von -2 und eine Elektron-Lepton-Zahl von +2 aufweisen. Die einzige Konfiguration bekannter Teilchen, die diese Bedingung erfüllt, sind zwei Elektronen, und wenn es ein unbekanntes Teilchen gäbe, das das ändern könnte, müsste es in der Tat sehr seltsam sein. Ansonsten könnte immer eine gewisse Anzahl von Teilchen-Antiteilchen-Paaren entstehen, aber das bekommen wir schon bei höheren Energien ab$e^+e^-$und Hadronenkollisionen, daher gibt es keine besondere Motivation, eine Maschine zu bauen, die Elektron-Elektron-Kollisionen erzeugen kann.

Ich weiß, dass meine Antwort 5 Jahre zu spät kommt, aber ich denke, es muss getan werden. Es gab Elektron-Elektronen-Kollisionsexperimente. Tatsächlich waren es die ersten Collider-Experimente, die durchgeführt wurden.

Daher werden Elektron-Elektronen-Kollisionen auch Moller-Streuung genannt, die durch die Feynman-Regeln für die Quantenelektrodynamik quantitativ gut beschrieben wird.

Erstens gibt es den Collider VEP-1 in Nowosibirsk, Russland. Es ist ein Collider mit einer Energie von$2*160 MeV$. Es erreichte eine Leuchtkraft von$4*10^{28} cm^{-2}s^{-1}$. Die experimentellen Studien zur Streuung von Elektronen wurden durchgeführt und die folgenden Reaktionen wurden beobachtet

$e^{-} e^{-} \rightarrow e^{-} e^{-} \gamma$

$e^{-} e^{-} \rightarrow e^{-} e^{-} 2\gamma$(Doppelbremstrahlung)

Die erste Reaktion kann also als Paarvernichtung angesehen werden, die ein Photon erzeugt. Aber höchstwahrscheinlich war es von Bremsstrahlung entweder des Anfangs- oder des Endzustands.

Zweitens gibt es auch einen Collider in den USA, den Princeton-Stanford Experiment Collider. Es war der leistungsstärkste Elektronenbeschleuniger seiner Zeit. Es ist ein Collider mit einer Energie von$2*500 MeV$. Es erreichte eine Leuchtkraft von$2*10^{28} cm^{-2}s^{-1}$. Es hat mehrere Tests für QED durchgeführt.

Wenn Sie mehr über diese Collider lesen möchten, finden Sie hier den Link: https://arxiv.org/abs/1307.3116

Lassen Sie uns versuchen, nur zu überlegen, was aufgrund von Naturschutzgesetzen passieren könnte . Die beiden Elektronen haben eine Ladung von -2e, also muss das Endprodukt das auch. Die Erhaltung der Lepton-Zahl ist ebenfalls erforderlich, und das haben wir$L_e=2$hier. Auf dieser Ebene erscheint es schwierig, zusätzliche Teilchen herzustellen, die nur diese beiden Erhaltungssätze erfüllen. Wenn Sie in QED arbeiten, ist der einzige Scheitelpunkt der Photonenknoten, und wenn die Energie der beiden einfallenden Elektronen groß genug ist, können Sie vielleicht so etwas produzieren

Sie können sehen, dass der Begriff in Klammern Leptonenzahl und Ladungsneutral sind. Im Prinzip könnte man das mit machen$\mu^++\mu^-$oder$\tau^++\tau^-$auch.