¿Qué sucede en las colisiones electrón-electrón?

Que yo sepa, nadie ha hecho esto nunca, al menos no en lo que actualmente consideramos de alta energía. (Las colisiones electrón-electrón ocurren a baja energía todo el tiempo, por supuesto). Dudo que suceda algo interesante, principalmente porque los electrones son repulsivos entre sí y tienen una masa baja. Eso significa que dos electrones en colisión simplemente rebotarían el uno del otro. Producirían algunos fotones a partir de la radiación bremsstrahlung, pero no habría ninguna interacción no trivial.

Incluso si le dimos a los electrones energías lo suficientemente altas como para acercarse mucho y posiblemente tener algún tipo de interacción interesante, y probablemente estemos hablando de al menos decenas o cientos de TeV aquí, los posibles productos están bastante limitados por la conservación del electrón leptón. número y cargo. En particular, los productos de reacción tendrían que tener carga total -2 y número de leptones electrónicos +2. La única configuración de partículas conocidas que satisface esa condición son dos electrones, y si hubiera una partícula desconocida que pudiera cambiar eso, tendría que ser muy extraño. Aparte de eso, siempre se podría producir una cierta cantidad de pares de partículas-antipartículas, pero eso ya lo obtenemos a energías más altas de$e^+e^-$y colisiones de hadrones, por lo que no hay una motivación particular para construir una máquina que pueda producir colisiones electrón-electrón.

Sé que mi respuesta es 5 años demasiado tarde, pero creo que debe hacerse. Hubo experimentos de colisión de electrones. De hecho, fueron los primeros experimentos con colisionadores que se realizaron.

Por lo tanto, las colisiones de electrones también se denominan dispersión de Moller, que está bien descrita cuantitativamente por las reglas de Feynman para Quantum Electro Dynamics.

Primero, hay un colisionador VEP-1 en Novosibirsk, Rusia. Es un colisionador con una energía de$2*160 MeV$. Alcanzó una luminosidad de$4*10^{28} cm^{-2}s^{-1}$. Se realizaron los estudios experimentales sobre la dispersión de electrones y se observaron las siguientes reacciones

$e^{-} e^{-} \rightarrow e^{-} e^{-} \gamma$

$e^{-} e^{-} \rightarrow e^{-} e^{-} 2\gamma$(Doble bremstrahlung)

Entonces, la primera reacción puede verse como la aniquilación de un par que produce un fotón. Pero, lo más probable es que fuera por bremsstrahlung de los estados inicial o final.

En segundo lugar, también hay un colisionador en los EE. UU. que es el Colisionador Experimental Princeton-Stanford. Fue el acelerador de electrones más poderoso de su tiempo. Es un colisionador con una energía de$2*500 MeV$. Alcanzó una luminosidad de$2*10^{28} cm^{-2}s^{-1}$. Ha realizado varias pruebas para QED.

Además, si desea leer sobre estos colisionadores, aquí está el enlace: https://arxiv.org/abs/1307.3116

Intentemos simplemente considerar lo que podría suceder según las leyes de conservación. Los dos electrones tienen una carga de -2e, por lo que el producto final también debe hacerlo. También se requiere la conservación del número de leptones, y tenemos$L_e=2$aquí. A este nivel, parece difícil producir partículas adicionales que satisfagan solo estas dos leyes de conservación. Si trabaja en QED, el único vértice es el fotón, por lo que si la energía de los dos electrones entrantes es lo suficientemente grande, podría producir algo como

Puede ver que el término entre paréntesis es número de leptones y carga neutral. En principio podrías hacer esto con$\mu^++\mu^-$o$\tau^++\tau^-$también.