¿Por qué se usan protones en lugar de electrones en el Gran Colisionador de Hadrones?

Los protones son más masivos que los electrones y se sabe que son compuestos.

También se piensa que los electrones son partículas puntuales.

Por lo tanto, supongo que tanto en términos de energía como de probabilidad de colisión, ¡los protones son la mejor apuesta!

Descubriendo partículas: experimentos de LHC

Los aceleradores de partículas circulares como el Gran Colisionador de Hadrones usan campos eléctricos para acelerar las partículas y los campos magnéticos para dirigirlos hacia un camino circular. En lugares predeterminados alrededor del círculo, las partículas que se mueven en direcciones opuestas chocan y estudiamos los resultados de las colisiones.

En principio, uno podría acelerar muchos tipos diferentes de partículas cargadas en el LHC. Sin embargo, uno de los objetivos principales del LHC es colisionar partículas subatómicas con la mayor energía posible para buscar nueva física en las escalas de distancia más pequeñas posibles.

Poner todo lo anterior junto lleva a la elección de protones en lugar de electrones a medida que las partículas que acelera y colisiona el LHC.

El LHC fue construido dentro de un túnel circular existente. Y utiliza los imanes más fuertes que podemos fabricar. El radio del túnel y la fuerza del campo magnético determinan la velocidad máxima de las partículas cargadas que los imanes del LHC podrían dirigir alrededor del anillo del colisionador.

Una partícula cargada que viaja en un campo magnético irradia automáticamente parte de su energía cinética como fotones. ¡Un electrón que viaja en el LHC a la velocidad máxima permitida por los imanes irradiará toda su energía cinética incluso antes de dar la vuelta al anillo! Debido a que un protón es mucho más pesado que un electrón, pierde energía cinética a la radiación mucho más lentamente. Entonces, a medida que el protón se mueve alrededor del anillo del colisionador, uno puede seguir reponiendo la energía perdida aplicando un campo eléctrico. Hacer eso por un electrón requeriría demasiada energía eléctrica y sería prohibitivamente costoso y poco práctico.

De hecho, el LHC se construyó en el mismo túnel utilizado para el LEP, que colisionó electrones y positrones, pero a energías mucho más bajas, limitadas exactamente por este efecto de pérdida de energía.

Esta es la razón principal por la cual los protones se usan en el LHC en lugar de los electrones: para poder alcanzar energías más altas que antes.

Lo que dijo Elizabeth.

Añadiría que los colisionadores de positrones de electrones también son herramientas importantes, pero tienen que ser colisionadores LINEALES para evitar verter toda su energía en la radiación sincrotrón, como explicó Elizabeth. La gente ha estado trabajando en un diseño para el Next Linear Collider durante algunos años; No sé su estado ahora, pero la idea es ir a energías más allá de las del LHC con un tipo de colisión mucho más simple: todos los números cuánticos cero, excepto la energía, y aún en el centro de masa. Whee!