В чем основные отличия коллайдеров ppppp p и pp¯pp¯p \bar p

Разница в сечениях рассеяния тем заметнее, чем меньше энергия столкновений. Рис. 41.11. При энергиях в ТэВ вероятность новых физических наблюдений одинакова для обоих вариантов столкновений.

Причина в том, что при низких энергиях преобладает тот факт, что у протона три кварка, а у антипротона три антикварка. Кварковое рассеяние антикварков при низких энергиях имеет гораздо большее сечение, чем кварк-кварковое, из-за дополнительной возможности аннигиляции кварков. При низких энергиях глюонное «море» играет малую роль. Чем выше энергия взаимодействия, тем больше количество энергичных глюонов, которые рассеиваются, и, наконец, при энергиях TEV это то, что преобладает, и два сечения сходятся. Таким образом, для физики не имеет значения, использовать ли в качестве мишеней протоны или антипроитоны, насколько это возможно для открытия.

В конструкции может быть некоторое техническое преимущество, заключающееся в том, что, в принципе, пучки антипротон-протонов могут циркулировать в той же магнитной конфигурации, что и зеркальные отражения, и упрощают схемы конструкции магнита. Я предполагаю, что потребность в высокой светимости сделала LHC протонным коллайдером, так как хранить антипротоны сложнее. Я должен исследовать это предположение.

Я бы добавил к ответу @anna, что$p\bar{p}$коллайдер, такой как Тэватрон, СР-симметричен. Это был один из аргументов в пользу продолжения экспериментов на Тэватроне. Цитата из предложения

Измерения, которые получают особое преимущество от среды p-pbar.Основным примером в этой категории является CP-нарушение, которое сильно ограничивает диапазон допустимых моделей новой физики до масштабов в несколько ТэВ. Есть веские априорные причины ожидать существования некоторых процессов, не нарушающих CP, не связанных с SM, и их обнаружение имеет сравнимое значение с решением проблемы нарушения электрослабой симметрии. На Тэватроне доступны измерения точности на уровне 1% и выше благодаря CP-симметричному начальному состоянию (p-pbar) и симметрии детекторов, позволяющей отменить систематику. Некоторые из этих измерений уже показывают дразнящие эффекты, такие как недавно опубликованный результат димюонной асимметрии из эксперимента DZero, показывающий первое указание на отклонение от картины Стандартной модели СР-нарушения. Другие измерения исследуют совершенно новую область, как недавнее измерение CPV с мезонами D 0 в CDF, что дало существенное улучшение точности по сравнению с предыдущими данными B-фабрик. Это предоставило доказательство осуществимости захватывающей программы прецизионных измерений с уникальной возможностью обнаружения аномальных взаимодействий в кварках верхнего типа. Примером в этой категории, не связанным с CP, является асимметрия вперед-назад в образовании топ-кварков. Текущие измерения как CDF, так и DZero указывают на асимметрию выше предсказания Стандартной модели. Если это сохраняется с большим количеством данных, это можно интерпретировать как новую динамику. Это измерение нелегко воспроизвести в протон-протонной среде. Это предоставило доказательство осуществимости захватывающей программы прецизионных измерений с уникальной возможностью обнаружения аномальных взаимодействий в кварках верхнего типа. Примером в этой категории, не связанным с CP, является асимметрия вперед-назад в образовании топ-кварков. Текущие измерения как CDF, так и DZero указывают на асимметрию выше предсказания Стандартной модели. Если это сохраняется с большим количеством данных, это можно интерпретировать как новую динамику. Это измерение нелегко воспроизвести в протон-протонной среде. Это предоставило доказательство осуществимости захватывающей программы прецизионных измерений с уникальной возможностью обнаружения аномальных взаимодействий в кварках верхнего типа. Примером в этой категории, не связанным с CP, является асимметрия вперед-назад в образовании топ-кварков. Текущие измерения как CDF, так и DZero указывают на асимметрию выше предсказания Стандартной модели. Если это сохраняется с большим количеством данных, это можно интерпретировать как новую динамику. Это измерение нелегко воспроизвести в протон-протонной среде. это можно интерпретировать как новую динамику. Это измерение нелегко воспроизвести в протон-протонной среде. это можно интерпретировать как новую динамику. Это измерение нелегко воспроизвести в протон-протонной среде.

http://www.fnal.gov/directorate/Tevatron/Tevatron_whitepaper.pdf

Со стороны машины симметричный$p\bar{p}$коллайдер может иметь только один лучевой канал, так что это намного проще. С другой стороны, если вы заполните его большим количеством пучков, они начнут сталкиваться со всей машиной. Возможно, вам удастся разделить их орбиты, но они все равно будут ощущать взаимно генерируемые поля (дальнодействующее взаимодействие луча), которые ограничат интенсивность луча. Таким образом, даже если бы вы могли произвести произвольное количество$\bar{p}$(что по-прежнему было бы серьезным ограничением), вы не сможете наполнить машину очень высоким током.

С двумя раздельными лучевыми трубками эта проблема ограничивается небольшими участками, близкими к областям взаимодействия. Два кольца также позволяют лучше оптимизировать каждый луч. В конце концов вы добьетесь более высокого максимального тока и, следовательно, светимости. Также возможно хранить одни и те же виды, но также и совершенно разные виды, такие как протоны и ионы свинца. Плата за это — гораздо более дорогая и сложная машина, в которой многие системы (и, следовательно, вероятность отказа/время простоя) реплицируются дважды.