Wie werden Teilchen bei einer Kollision ausgewählt?

Wie werden in Synchrotron-Teilchenbeschleunigern die Teilchen ausgewählt, die kollidiert werden? Kollisionen unterschiedlicher Partikeltypen tun größtenteils nicht so, wie Sie es in einem Videospiel erwarten würden. Es gibt keine geheime Rezeptliste mit coolen Dingen, die jeweils unterschiedliche Arten von Partikeln erfordern. Was macht also bestimmte Partikel günstiger als andere?

Antworten (2)

Grob gesagt, wenn man ein Teilchenbeschleuniger-Experiment plant, hat man eine Theorie, die durch die Experimente im Beschleuniger getestet wird.

Es gibt zwei Strömungen: Entdeckungsmaschinen , wie das Tevatron und jetzt der LHC, die durch die Entdeckung neuer, von der Theorie vorhergesagter Teilchen die Theorien validieren, und Genauigkeitsmaschinen , wie LEP , der Elektron-Positron-Collider, und der zukünftige ILC .

Hadronische Kollisionen haben viel höhere Querschnitte und können, wie die andere Antwort erklärt, aufgrund ihrer Masse zu viel höheren Energien führen und Kanäle öffnen, die den Elektron-Positron-Kollidern mit niedrigerer Energie (per Kraft) nicht zur Verfügung stehen. Aber die Theorie ist deswegen sehr chaotisch QCD und keine genauen theoretischen Vorhersagen können überprüft oder angepasst werden. Die Elektron-Positron-Kollisionen haben viel einfachere Feynman-Diagrammbeiträge in den Berechnungen, und daher kann eine Theorie mit kleinen Fehlern angepasst werden, wie es das Standardmodell war, das bei LEP angepasst wurde .

Ich glaube, es war Feynman (oder vielleicht jemand anderes, ich mag es als Analogie), der sagte: "Wenn Sie das Innere einer Uhr studieren wollen, schlagen Sie nicht zwei Uhren gegeneinander und zählen die gefallenen Zahnräder, Sie verwenden eine Schraubendreher " .

Es hängt also davon ab, was die Leute tun wollen, die die Maschinen vorschlagen. Entscheiden Sie sich für Genauigkeit oder für spektakuläre neue Partikel, die die Supersymmetrie, die vorgeschlagene Erweiterung des Standardmodells, ankündigen werden.

Sean Carroll führte die Analogie des Zerschlagens von Uhren fort und beschrieb, was in Beschleunigern vor sich geht, nicht als zwei Timex-Uhren zusammenzuschlagen und zu versuchen, ihr Design herauszufinden, indem man die entstehenden Teile beobachtet, sondern als zwei Timex-Uhren zerschlagen und hoffen, dass Sie eine Rolex bekommen! Aber das ist eine andere Analogie.
Vielleicht sollte ich hinzufügen, dass man mit Genauigkeit auch Erweiterungen des Standardmodells überprüfen kann, indem man sich an die Vorhersagen der Erweiterungen anpasst, nur wird es kein spektakuläres neues Teilchen geben, über das man triumphieren könnte.

Es läuft auf einen Kompromiss zwischen Kollisionsenergie und Kollisions-„Reinheit“ hinaus. Leichtere Teilchen wie Elektronen auf hohe Energien zu beschleunigen ist schwierig, weil sie höhere Synchrotronverluste haben. Es ist einfacher, Protonen auf höhere Energien zu beschleunigen, aber ihre Kollisionen sind "unordentlicher" - die Wechselwirkungen, die während der Kollisionen stattfinden, sind viel komplexer und schwerer vorherzusagen, und daher benötigen Sie tatsächlich eine höhere Energiemenge, um die gleichen Arten von Teilchen zu sehen .

Für bestimmte Arten von Experimenten und bestimmte Arten von Beschleunigerdesigns ist es tatsächlich vorzuziehen, Elementarteilchen anstelle von Protonen zur Kollision zu bringen. Und für andere Arten von Experimenten ist es vorzuziehen, viel schwerere Teilchen wie Bleikerne zur Kollision zu bringen .

Wie werden Teilchen bei einer Kollision ausgewählt?
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