Wie stellt man sicher, dass zwei Elektronen Kopf an Kopf kollidieren?

In Hochenergieexperimenten zertrümmern Menschen Teilchen in Teilchen.

Aber wie stellt man sicher, dass sie sich wirklich begegnen, anstatt nur vorbeizugehen?

Sie, äh, zielen sorgfältig? Fragen Sie nach den Mechanismen, mit denen man die Balken verstellt?
Meine Sorge ist, dass wir so viel Energie aufwenden, um die Teilchen zu beschleunigen, und wenn sie sich verfehlen, verschwenden wir viel. Wir müssen also große Anstrengungen unternehmen, um sicherzustellen, dass sie tatsächlich kollidieren.
@kaiser Ist dir aufgefallen, dass die meisten Collider Ringe sind? Energiekosten sind einer von mehreren Gründen dafür (zusammen mit Kapitalkosten und Strahlkühlungsanordnungen).
Verdammt offensichtlich, aber CERN und seine Webseiten voller Informationen. Einschließlich der Balken.

Antworten (1)

Kurze Antwort: Tust du nicht.

Etwas längere Antwort:

Sie verwenden Partikelstrahlen und fokussieren jeden von ihnen so weit wie möglich (praktisch 1 ), sodass die Partikel in jedem Strahl einigermaßen nahe beieinander liegen.

Das Ergebnis ist eine Vielzahl von Interaktionsentfernungen von weit auseinander über Beinaheunfälle bis hin zu noch engeren Interaktionen. Sie haben Elektronen erwähnt, die als Punktteilchen behandelt werden, sodass jede Wechselwirkung auf einer bestimmten Ebene ein "Fehlschlag" ist. Für Hadronen (Protonen, Neutronen, Mesonen usw.), Alphas und schwere Kerne haben die Bestandteile des Strahls eine physikalische Ausdehnung und es kann vernünftigerweise gesagt werden, dass sie manchmal kollidieren.

Zur Erinnerung: Die Teilchen in den Strahlen interagieren zwangsläufig in verschiedenen Abständen miteinander.

Wenn wir nicht kontrollieren, wie nahe sie kommen, wie können wir dann sagen, welche Art von Ereignis es ist, an dem wir gemessen werden?

Jetzt haben Sie die entscheidende Frage gestellt. Die Antwort ist, dass wir das Detektorpaket entwerfen und betreiben, um genügend Daten über gestreute Teilchen zu messen, um diese Informationen zu rekonstruieren.

Ein einfaches Beispiel, das jahrzehntelang verwendet wurde, besteht darin, Detektoren einfach nur an Positionen zu platzieren, die große Streuwinkel darstellen (was eine hohe Impulsübertragung und daher sehr enge Annäherungen oder tatsächliche Kollisionen impliziert).

Da Datenerfassungssysteme schneller geworden sind, ist es immer praktikabler geworden, einfach alles zu sammeln und die Details später zu sortieren.

Ich habe das Obige unter der Annahme einer Strahl-Strahl-Maschine geschrieben, aber ähnliche Bemerkungen gelten für die Arbeit mit festen Zielen.

1 Es gibt gute Gründe, nicht nur den engsten Fokus zu nehmen, der erreicht werden kann. Insbesondere je fester der Fokus ist, mit dem Sie versuchen, den Querimpuls zu erzeugen, den Sie den Strahlpartikeln geben, und desto schwieriger ist es, den Strahl einzudämmen und für einen weiteren Versuch herumzubringen.

In Collidern, in denen das Experiment sitzt, gibt es eine zusätzliche Fokussierung. "Kurz vor der Kollision wird eine andere Art von Magnet verwendet, um die Partikel näher zusammenzudrücken, um die Wahrscheinlichkeit von Kollisionen zu erhöhen." home.web.cern.ch/topics/large-hadron-collider
@annav Wenn der Strahl aufgeladen ist, versucht der Strahlradius ständig, sich aufgrund der elektrostatischen Abstoßung auszudehnen. Ein Beschleuniger- oder Speicherring muss dieser Ausdehnung entgegenwirken, indem er den Strahl in regelmäßigen Abständen mit einem magnetischen Quadrupol „quetscht“. Während ein Collider-Experiment sicherlich einen Wechselwirkungsbereich gleich weit entfernt von zwei "Quetschungen" platzieren sollte, wo die Teilchendichte am größten ist, weiß ich nicht, ob es angebrachter ist, dies spezieller als das Quetschen für den gewöhnlichen Strahltransport zu nennen /Erhaltung.
@rob LHC hält den Strahl die meiste Zeit in einem ziemlich breiten Profil, um ihn leicht kühl zu machen, dann fokussieren sie ihn wirklich in der Nähe der aktiven Interaktionspunkte. Es verursacht zwar zusätzliche Probleme, den Strahl in Querrichtung kühl zu halten, zahlt sich jedoch in Bezug auf die Wechselwirkung pro Kreuzung aus, und sie hatten schon früh im Designprozess in diesen Begriffen gedacht, sodass das Quadrupol-Positionierungsschema dies berücksichtigt. Mir sind keine anderen Collider bekannt, die dieses Schema verwenden, aber dies könnte ein Ausdruck meiner Unwissenheit sein, da ich keine Collider-Person bin.
@rob Ja, sie konzentrieren sich besonders auf die Interaktionsregionen. Ich habe ein Zitat aus dem Klappentext des cern gegeben. An den Wechselwirkungspunkten werden die Strahlen zur Kollision gebracht. dies ist der Designbericht für alle, die ambitioniert genug sind ab-div.web.cern.ch/ab-div/Publications/LHC-DesignReport.html . "Der direkteste Weg, die Leuchtkraft zu erhöhen, besteht darin, den Strahl enger am Kollisionspunkt zu fokussieren (Seff oder genauer gesagt den sogenannten β * -Parameter zu reduzieren)" von lhc-closer.es/1/4/9/0
Wie stellt man sicher, dass zwei Elektronen Kopf an Kopf kollidieren?
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