Los colisionadores de partículas se pueden dividir en dos subconjuntos principales.
- El acelerador
- El detector
El acelerador
He escrito una respuesta detallada antes, en general, puedes mejorar el acelerador aquí: la respuesta de Vincent Emery a ¿Cómo se pueden mejorar los aceleradores de partículas?
- Si se puede utilizar alguna partícula en el experimento de doble rendija, ¿es justo decir que la materia no existe hasta que se observa? Si no, ¿por qué?
- Si la hipótesis del multiverso de universos infinitos con infinitas posibilidades es cierta, ¿no habría un universo que contactara abiertamente con la Tierra de este universo?
- ¿Cuántas partículas cuánticas enredadas existen simultáneamente en nuestro cerebro y en el cerebro de otras personas?
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Depende un poco del objetivo de un colisionador. ¿Es para empujar los límites de nuestro conocimiento y hacer un descubrimiento completamente nuevo? ¿O es para refinar y mejorar el conocimiento que tenemos actualmente? Esto determina la tripulación del acelerador que construyes: circular o lineal.
Pero también hay otras cosas que puede hacerle al acelerador. ¡Hazlo más grande! Este siempre es un buen comienzo. En general, los colisionadores más grandes permiten mayores energías.
Otra opción es usar leptones en lugar de hadrones. El LHC, como su nombre indica, es un colisionador de hadrones. El problema con los hadrones es el hecho de que son partículas compuestas, por lo que las colisiones y los productos resultantes son muy desordenados. Sin embargo, los leptones son partículas puntuales que interactúan más directamente y dan un producto final más limpio. Imagina romper dos bolas de billar juntas. Esa es una colisión lepton-lepton. Ahora aplasta un estante de 15 bolas con otro estante de 15 bolas. ¡Ese es su colisionador de hadrones, pero con solo una bola de cada estante tiene algún significado!
Así es realmente el protón en el interior.
De ahí por qué obtienes una señal tan desordenada.
El Higgs aún no se ha observado en su canal de descomposición más común, la producción de fondo. Todos los principales canales de desintegración se muestran a continuación con los observados en rojo.
Entonces, ¿cómo no podemos ver el canal de descomposición más común? Esto se debe al desorden de los colisionadores de hadrones. No observa el quark de fondo por sí solo, deduce su presencia de un jet hadrónico. Pero en las colisiones de hadrones, hay muchos quarks diferentes que se juntan y producen muchos chorros, de ahí las muchas líneas amarillas en la imagen de la colisión. Filtrar la información basura de eso es casi imposible.
Los fotones dejan una señal más clara, de ahí por qué se ha observado el canal gamma-gamma, a pesar de que ocurre a una velocidad mucho menor.
Entonces, los colisionadores de leptones tienen la ventaja aquí, pero desafortunadamente, los leptones tienen un problema con la radiación sincrotrón que causa grandes pérdidas de energía en cada circuito, ¡pero no voy a entrar en eso aquí!
El detector
Nuevamente, esto se reduce un poco para compensar lo que quieres que haga el colisionador. A menudo es un compromiso entre la eficiencia, tomar la mayor cantidad de datos posible o la resolución, obteniendo la medición más precisa.
Las cosas que se pueden cambiar son factores como la intensidad del campo magnético o la longitud de la cámara de seguimiento. Incluso puede ir tan lejos para cambiar el gas utilizado para la resolución de impulso en el detector. Esto es algo que mi grupo estudió con bastante detalle para nuestro proyecto el año pasado:
Aumentar el campo B mejora en gran medida la resolución de impulso del detector. ¡Pero los problemas comienzan a ocurrir en la estructura del detector si sus imanes son demasiado fuertes!
Las diferentes composiciones de gas también cambian la resolución del momento. Pero esto no necesariamente sucede de manera lineal.
A menor impulso, la línea azul claro tiene la mejor resolución, pero a medida que aumenta el impulso, eso cambia.
Cuando el impulso es superior a 15GeV, la composición de argón (púrpura) es su mejor opción.
Resumen
Entonces, como es la respuesta para muchas preguntas, depende. Puede mejorar el colisionador haciéndolo más grande y usando leptones, pero debe aceptar energías de centro de masa más bajas.
Cuando se trata de detección, tiene un compromiso entre eficiencia y resolución y una vez que ha tomado esa decisión, debe decidir qué impulso o energía desea que se favorezca. ¡Por eso tenemos muchos detectores diferentes alrededor de un único colisionador circular!
