Los diferentes aceleradores de partículas utilizan diferentes tipos de colisiones. Por ejemplo, en el LHC investigaron las colisiones de p Pb mientras que su predecesor (LEP), solía colisionar electrones con protones y en Fermilab son los protones con los antiprotones los que colisionan.
¿Cuál es la razón detrás de estas elecciones? Está claro que la energía es un punto crucial aquí, pero ¿por qué, por ejemplo, el proceso de colisión electrón - positrón es menos interesante en el LHC?
Ese es un gran tema, y ni siquiera trataré de cubrirlo todo, pero aquí hay algunas partes que intervienen en la decisión.
Los electrones te dan una sonda limpia (el vértice leptón-fotón o leptón-bosón débil se entiende muy bien.
Los electrones en los núcleos (como en JLAB) le brindan una sonda de precisión de los parámetros del núcleo o del núcleo a energías moderadas (en la región de transición entre los grados de libertad del nucleón-mesón y los grados de libertad del quark y el gluón).
La dispersión de electrones y positrones le da acceso a estados iniciales muy puros y muy conocidos. Muy útil para medidas de precisión de cantidades de vértices fundamentales.
A los protones se les puede dar más energía para una fuerza de imán de flexión dada que a los electrones. Más útil para obtener la máxima energía en el vértice primario, pero también le da acceso a las interacciones quark-anti-quark (a través del mar de nucleones). Los anti-protones (como en el Tevatron) agregan algunas florituras agradables, pero es difícil obtener mucha luminosidad con ellos.
Los muones combinarían la ventaja pura del vértice de los electrones con parte de la ventaja energética de los protones. Muy interesante, pero también caro. Un colisionador de muones siempre parece ser el proyecto que seguiremos después de hacer la próxima generación de [otras máquinas].
Los iones pesados le dan acceso a volúmenes no triviales de materia densa y de alta energía durante las colisiones (es decir, plasma de quark-gloun). Hay mucho que aprender sobre las reglas que rigen el comportamiento de los núcleos a los que es difícil acceder a bajas energías. RHIC fue pionera en esto.
En los últimos años, el diseño del acelerador se ha vuelto más flexible en términos de poder manejar protones o iones pesados en una sola máquina, por lo que el LHC se diseñó para usar cualquiera de los dos haces, lo que permite tres tipos diferentes de investigaciones con un solo colisionador.
Diferentes tipos de máquinas hacen cosas diferentes y todas son interesantes. Solo depende de lo que pueda hacer mejor de lo que se hacía antes o de lo que pueda hacer que sea nuevo y siempre, siempre , siempre sobre cuánto costará.
Una cosa interesante que la gente está buscando para la próxima generación es un colisionador de iones de electrones para hacer un trabajo similar al JLAB en uno o dos órdenes de magnitud de energía CoM más alta.
""""..... ¿Cuál es la razón detrás de estas elecciones? Está claro que la energía es un punto crucial aquí, pero ¿por qué, por ejemplo, el proceso de colisión electrón - positrón es menos interesante en el LHC?....""""
Esta parte de tu pregunta es muy fácil de responder. Los electrones y los positrones tienen una masa muy baja (510 keV), por lo que aceleran muy rápidamente incluso bajo un campo eléctrico modesto y, como consecuencia, pierden energía por radiación EM si intenta acelerarlos a altas energías en un acelerador de bucle circular.
En consecuencia, los aceleradores lineales son mucho más preferidos para los aceleradores de electrones; cuál es la razón del acelerador lineal de Stanford de dos millas de largo en Palo Alto, California.
Los protones son aproximadamente 1837 veces más masivos que los electrones y radian menos que los electrones a energías comparables.