Как сделать так, чтобы два электрона столкнулись лоб в лоб?

В экспериментах с высокими энергиями люди разбивают частицы на частицы.

Но как сделать так, чтобы они действительно сталкивались друг с другом, а не просто проходили мимо?

Они, ну, тщательно прицеливаются? Вы спрашиваете о механизмах, которые используются для регулировки лучей?
Меня беспокоит то, что мы тратим так много энергии на ускорение частиц, что, если они промахиваются друг по другу, мы теряем много. Поэтому мы должны приложить большие усилия, чтобы убедиться, что они действительно сталкиваются.
@kaiser Вы заметили, что большинство коллайдеров - это кольца? Стоимость энергии является одной из нескольких причин этого (наряду с капитальными затратами и устройствами охлаждения пучка).
Возможно, чертовски очевидно, но ЦЕРН и его веб-страницы полны информации. В том числе и балки.

Ответы (1)

Краткий ответ: вы этого не сделаете.

Чуть более длинный ответ:

Вы используете пучки частиц и фокусируете каждый из них настолько сильно, насколько это возможно (практически 1 ), чтобы частицы в каждом луче находились достаточно близко друг к другу.

Результатом является большое разнообразие расстояний взаимодействия от большого расстояния до близких взаимодействий до еще более близких взаимодействий. Вы упомянули электроны, которые рассматриваются как точечные частицы, так что каждое взаимодействие на каком-то уровне является «промахом». Для адронов (протонов, нейтронов, мезонов и т. д.), альфа-частиц и тяжелых ядер составляющие пучка имеют физическую протяженность, и можно разумно сказать, что время от времени они сталкиваются.

Напомним: частицы в пучках обязательно взаимодействуют друг с другом на различных расстояниях.

Если мы не контролируем, насколько близко они подходят, то как мы можем сказать, какое именно событие мы измеряем?

Теперь вы задали критический вопрос. Ответ заключается в том, что мы разрабатываем и используем блок детекторов для измерения достаточного количества данных о рассеянных частицах для восстановления этой информации.

Простой пример, который использовался в течение десятилетий, состоит в том, чтобы просто размещать детекторы только в положениях, которые представляют большие углы рассеяния (что подразумевает высокую передачу импульса и, следовательно, очень близкое сближение или фактические столкновения).

По мере того, как системы сбора данных становились все быстрее, стало проще просто собрать все и отсортировать детали позже.

Я написал выше, предполагая, что машина луч-луч, но аналогичные замечания применимы к работе с фиксированной мишенью.

1 Есть веские причины не просто максимально сконцентрироваться. В частности, чем плотнее фокус, который вы пытаетесь создать, тем поперечный импульс движения вы придаете лучевым частицам, и тем труднее удержать луч и привести его в движение для еще одного движения.

В коллайдерах, где проводится эксперимент, есть дополнительная фокусировка. «Непосредственно перед столкновением используется другой тип магнита, чтобы «сжать» частицы ближе друг к другу, чтобы увеличить вероятность столкновений». home.web.cern.ch/topics/большой адронный коллайдер
@annav Если луч заряжен, радиус луча постоянно пытается расшириться из-за электростатического отталкивания. Ускоритель или накопительное кольцо должны противодействовать этому расширению, «сжимая» пучок магнитным квадруполем через равные промежутки времени. Хотя эксперимент на коллайдере, безусловно, должен поместить область взаимодействия на одинаковое расстояние от двух «сжатий», где плотность частиц будет наибольшей, я не знаю, уместно ли называть это чем-то более специальным, чем сжатие, выполняемое для обычного переноса пучка. /сохранение.
@rob LHC держит луч в довольно широком профиле большую часть времени, чтобы сделать его легко крутым, тогда они действительно фокусируют его рядом с активными точками взаимодействия. Это вызывает дополнительные проблемы с охлаждением луча в поперечном направлении, но это окупается с точки зрения взаимодействия на пересечение, и они думали в этих терминах с самого начала процесса проектирования, поэтому схема квадрупольного позиционирования учитывает это. Я не знаю других коллайдеров, которые используют эту схему, но это может быть выражением моего невежества, поскольку я не коллайдерщик.
@rob Да, они уделяют особое внимание областям взаимодействия. Я привел цитату из рекламного ролика ЦЕРН. Лучи сталкиваются в точках взаимодействия. это отчет о дизайне для всех, кто достаточно амбициозен ab-div.web.cern.ch/ab-div/Publications/LHC-DesignReport.html . «Самый прямой способ увеличить светимость — более плотно сфокусировать луч в точке столкновения (уменьшить Seff или, точнее, так называемый параметр β*)» из lhc-closer.es/1/4/9/0 .
Как сделать так, чтобы два электрона столкнулись лоб в лоб?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v