¿Qué pasaría si el Gran Colisionador de Hadrones colisionara electrones?

En primer lugar, no se llamaría "el Gran Colisionador de Hadrones ", ¿verdad?
Parece que uno preferiría llamarlo algo así como " Gran colisionador de electrones y positrones ".
En ese caso, definitivamente se necesitaría otra abreviatura para ello. Algo así como " LEP " en lugar de " LHC "...

Ahora, ¿adivinen qué había antes en el mismo túnel ?

Editar: dado que mi travesura se hizo popular, lo elaboraré.

• Sí, en realidad estaban colisionando electrones y positrones, no electrones-electrones. Principalmente debido a la física más rica de tales colisiones. ( Pero para mi punto de vista teórico: el positrón es solo un electrón que retrocede en el tiempo ) .

• ¿Por qué el mismo túnel? Quizás sorprendentemente, el túnel se está haciendo cargo de una parte sustancial del costo de un acelerador. Cavar uno nuevo para el LHC definitivamente habría quemado un gran agujero en el bolsillo del CERN.

• Dado un túnel circular fijo (su radio), en realidad tienes un límite de energía que puedes tener para tus partículas. Debido a la radiación de sincrotrón, consulte la respuesta de @emarti para obtener más información.

• 27 kilómetros parece ser un límite razonable para el tamaño de un túnel circular. ( En realidad , la gente piensa en 233 km, pero eso me parece una locura ). Así que el próximo acelerador probablemente será lineal y será un electrón-positrón.

PD : ¿Has oído hablar de un colisionador de fotones?

Hay dos puntos para responder a esta pregunta:

1. Diseño: El diseño del colisionador tendría que ser diferente. Los electrones/positrones en un ciclotrón irradian radiación de sincrotrón cuando son acelerados (que en sí mismo es un dispositivo útil ). Para superar unos pocos GeV, los investigadores utilizan aceleradores lineales, como SLAC . El Colisionador Lineal Internacional propuesto es un diseño destinado a alcanzar energías TeV, cercanas a lo que el LHC ya logra con los protones.

2. Ciencia: Sí, las colisiones electrón-electrón o electrón-positrón son muy útiles para estudiar la física de partículas. La señal es 'más limpia', ya que los electrones no son partículas compuestas, y es más fácil calcular las secciones transversales. Por el contrario, es muy difícil calcular cómo se desintegrarán dos protones en colisión, con seis quarks, por decir lo menos. Una historia clásica de los colisionadores electrón-electrón y protón-protón que se complementan entre sí fue el descubrimiento del mesón J/psi . La idea general que he escuchado es que los colisionadores protón-protón pueden alcanzar energías más altas, pero los colisionadores electrón-positrón tienden a tener una mejor resolución energética y señales más limpias.

La razón básica por la que LEP dejó de ir a energías más altas (alcanzó un centro de masa de más de 200 GeV, en la última etapa, LEPII) y el túnel se usó para LHC es la radiación de sincrotrón .

Tenga en cuenta que la potencia radiada es proporcional a 1/m^4

No es posible alimentar un haz circular de electrones con la energía necesaria para elevarlo a energías más altas en el radio de LEP, es un juego perdido. La energía se destinaría a alimentar la radiación de sincrotrón. La razón por la que se puede usar el mismo radio para protones de energía mucho más alta es la relación entre las masas de electrón y protón.

La radiación de sincrotrón no está presente en los colisionadores lineales y es por eso que el próximo acelerador de electrones y positrones será un colisionador lineal, el ILC .

Editar

¿Qué pasaría si los científicos usaran leptones en lugar de hadrones?

Ha sucedido en LEP y LEPII con electrones en positrones. Si la dispersión no es elástica aparecen muchos hadrones, leptones y bosones Z. Los datos de LEP confirmaron los cálculos del modelo estándar para partículas elementales con gran precisión.

Especialmente: ¿Qué pasaría si chocaran los electrones?

del párrafo anterior, el modelo estándar predice lo que sucedería si los electrones se dispersaran sobre electrones: también aparecerían todas las variantes de las posibilidades del diagrama de feynman.

Especialmente: ¿Qué pasaría si chocaran los electrones?

En caso de que realmente quisieras decir electrón sobre electrón (y no electrón sobre positrón): para una máquina de 'descubrimiento' es útil tener un estado inicial que sea 'neutro' en todos los aspectos: sin carga neta (electrones y positrones tienen carga opuesta; los protones no solo contienen quarks sino también una cantidad significativa de antiquarks y gluones), sin sabor neto de leptones, etc.

Hasta ahora, el sabor del leptón se conserva casi por completo, por lo que un colisionador ee produciría predominantemente estados finales con un número de sabor de dos electrones, lo que sería bastante poco natural para una nueva partícula fundamental.

¿Qué pasaría si los científicos usaran leptones en lugar de hadrones?

Otros han señalado que esto sucedió hasta el año 2000 en el túnel LHC (LEP) y está limitado por las pérdidas de radiación de sincrotrón (mientras que el LHC está limitado por los campos alcanzables en los imanes de flexión).

También existe el concepto de un colisionador de muones que tendría características similares a un colisionador e+ e- (conocido momento inicial de estado cuatro, etc.) pero esto es tecnológicamente muy desafiante, principalmente debido al tiempo de elevación del muón de solo dos microsegundos. Sin embargo, por ejemplo, permitiría medir la masa de la partícula de Higgs con una precisión de keV si recuerdo bien (a través del escaneo de la energía del haz, similar a la determinación de la masa y el ancho de decaimiento de la partícula Z en LEP).

¿Qué pasaría si los científicos usaran leptones en lugar de hadrones?

Irían en la dirección opuesta: los electrones tienen la carga opuesta a los protones. El LHC no usa electrones porque los protones son 2000 veces más pesados, por lo que obtienes mucha más energía en la colisión.

Especialmente: ¿Qué pasaría si chocaran los electrones?

No mucho, rebotaban entre sí. Los electrones (hasta donde sabemos) no se separan (y no a estas bajas energías)

¿No es intrínseco que todas las partículas consisten en partículas más pequeñas?

Probablemente no. No conocemos ningún componente de un electrón, pero tampoco sabemos por qué debería tener la misma carga que un protón cuando no está hecho del mismo material, por lo que no aceptaría ninguna apuesta.

Con la tecnología actual, ¿podríamos detectarlos?

Entonces lógicamente esas serían las partículas más pequeñas que podríamos detectar... y así sucesivamente....

Esta es una pregunta interesante, para la cual se han dado algunas respuestas interesantes desde varios puntos de vista.

Estoy interesado en lo que sucederá en el caso de las colisiones electrón-electrón a estas altas energías. Es cierto que a bajas energías los dos electrones rebotarán entre sí, sin que suceda mucho. Sin embargo, a energías muy altas, pensé que podría ser posible el siguiente resultado (es posible dibujar un diagrama de Feynman, para calcular la amplitud de probabilidad de tal evento). Lo siento, no he aprendido a traer dibujos, así que simplemente lo describiré:

como el$e^-$y$e^-$acercarse entre sí podrían interactuar a través de la fuerza débil. El electrón 1 emitiría un$W^-$y convertirme en un$\nu_e$que emergería como una partícula libre. los$W^-$podría interactuar electromagnéticamente con el electrón 2 y ambas partículas se dispersarían en otras direcciones. los$W^-$luego decaería en$e^-+\bar{\nu_e}$. Por lo tanto, los$e^--e^-$colisión podría servir como$\nu_e-\bar{\nu_e}$máquina generadora?

$e^-+e^- -->e^-+e^- + \nu_e+\bar{\nu_e}$.

Desafortunadamente, no conocemos ningún otro mecanismo para pronosticar una física completamente nueva.