¿Cómo se producen las partículas en los aceleradores?

Este es un candidato para un Higgs a dos gamma:

Evento de bosón de Higgs candidato a partir de colisiones entre protones en el detector CMS en el LHC. A partir de la colisión en el centro, la partícula se descompone en dos fotones (líneas discontinuas amarillas y torres verdes) (Imagen: CMS/CERN)

Tu dices:

Pero desde la perspectiva de QFT, a menudo escucho que se trata de excitar los campos cuánticos.

Claro, pero todas las matemáticas de QFT suceden en el punto en el que se ven todas las pistas, incluidas las dos gamma cuya masa invariable se encuentra dentro del error de medición de la masa de Higgs en este experimento.

También preguntas:

se produjo un bosón de Higgs porque se proporcionó suficiente energía, de modo que se produjo una excitación en el campo de Higgs. Pero, ¿tiene eso algo que ver con las partículas reales que chocan en el punto de interacción?

Los protones entrantes son las partículas reales que entran en el diagrama de Feynman del Higgs en dos producción gamma, es decir, proporcionan la energía necesaria para excitar el campo de Higgs. Este evento puede ser o no un Higgs, dependiendo de la sección transversal medida, es decir, un número estadísticamente grande de tales eventos que pueden equiparse con un fondo de monte carlo que permitirá descubrir un exceso, una mejora en el higgs.

Todo lo demás en la imagen se usa para estimar los vectores de energía de momento de las partículas entrantes y salientes en el diagrama de Feynman (que se calcula utilizando las reglas QFT)

En general, no importa qué partículas colisionen, pero sí influyen un poco en el resultado. Esto tiene que ver con las leyes de conservación.

En su mayoría, las partículas que chocan traen energía. Cuando se enfoca suficiente energía en una región del espacio lo suficientemente pequeña, todos los campos cuánticos pueden, en principio, adquirir alguna excitación y se forman todo tipo de partículas. Un verdadero zoológico de partículas sale precipitadamente del centro de colisión. Sin embargo, cosas como la carga eléctrica, el número de leptones, el momento angular y otros números se conservan. Entonces, por ejemplo, si hay dos partículas entrantes con carga$+1$cada uno (como los protones), entonces la carga eléctrica total de todos los productos será$+2$. Así que esto influye un poco en los posibles resultados. Nunca obtendrás solo electrones de una colisión de protones, por ejemplo.

En QFT es realmente la misma historia física, solo que expresada de manera diferente. No estoy seguro de cuánto conocimiento matemático tienes, así que evitaré las ecuaciones, pero si quieres que sea más explícito, editaré la respuesta.

QFT se basa en el concepto de segunda cuantización, que es a lo que usted se refiere como excitar los campos cuánticos: al igual que se puede excitar una cuerda de guitarra, también se puede excitar el campo fundamental de una especie de partícula en particular. Se dice que cada una de estas excitaciones es un cuanto del campo, y este cuanto es lo que llamamos una partícula. Estos campos pueden interactuar, y al igual que en QM normal o incluso en mecánica clásica, estas interacciones se expresan como términos en el Lagrangiano/Hamiltoniano de la teoría. Básicamente, puede pensar en esta excitación, es decir, una partícula, como si se propagara a través del espacio, "golpeando" alguna otra excitación del mismo campo o de uno diferente, y como resultado excitando otros cuantos de varios campos.

Ahora, si desea calcular la amplitud de probabilidad de que un conjunto de partículas se convierta en otro conjunto de partículas a través de una colisión, debe calcular el elemento de matriz entre el estado de entrada de las partículas entrantes (por ejemplo, dos protones) y el de salida . estado de las partículas resultantes, intercalando el operador de evolución temporal. Si sus campos pueden interactuar, es decir, algunos términos de interacción apropiados aparecen en su teoría, es posible que tenga un elemento de matriz distinto de cero entre ellos, lo que significaría que a veces verá esas partículas saliendo de la colisión.

Entonces, como dije, físicamente es la misma historia que lo que tienes en mente con la fusión de gluones, etc. QFT es realmente el marco apropiado para hacer tales cálculos, porque es manifiestamente relativista (por lo que no necesita preocuparse por la causalidad) y utiliza el útil concepto de segunda cuantización, es decir, creación y aniquilación de partículas como excitación del campo correspondiente.