Zderzacze

Słynne równanie Einsteina E=mc² mówi nam, że energia i masa są sobie równoważne. W ten właśnie sposób energia wiązki cząstek może się zamieniać na masę, pozwalając na powstanie niesamowitego bogactwa cząstek, z których wiele ma bardzo krótki czas życia i normalnie nie występuje w przyrodzie. Jeżeli nadlatującą wiązkę skierujemy po prostu na stacjonarną tarczę, to duża część powstałej energii zabierana jest przez odrzut tarczy, a tym samym niewykorzystywana. Dużo większa ilość energii dostępna jest do produkcji cząstek, gdy zderzymy dwie wiązki biegnące z przeciwnych kierunków. Większość dużych eksperymentów w dzisiejszej fizyce cząstek elementarnych powstaje przy takich właśnie zderzaczach.

Akcelerator elektronowo-pozytonowy LEP jest właśnie zderzaczem. 3368 magnesów zakrzywia dwie wiązki cząstek i utrzymuje je na orbicie. Ujemnie naładowane elektrony zakrzywiane są w jedną stronę, a dodatnio naładowane pozytony w drugą. To pozwala, przy użyciu tych samych magnesów, uzyskać w akceleratorze LEP wiązki elektronów i pozytonów o energii 90 GeV (*) każda, krążące w przeciwnych kierunkach. Inny akcelerator znajdujący się w CERN-ie, również będący zderzaczem, to supersynchrotron protonowy SPS. Używając tego samego sposobu jak w akceleratorze LEP, w SPS przyspieszane są wiązki protonów i antyprotonów, krążące w przeciwnych kierunkach.

* Masa i energia

Gigaelektronowolty (GeV) są w fizyce cząstek elementarnych jednostką zarówno energii jak i masy. Masa (m) jest formą energii (E), jak pokazał to Einstein w swoim słynnym równaniu E=mc², gdzie c jest stałą i oznacza prędkość światła. Gdy wiązki cząstek elementarnych o wysokich energiach zderzają się, to powstaje wiele nowych cząstek, ponieważ uzyskana energia zamienia się na masę. Masa protonu odpowiada energii trochę mniejszej niż 1 GeV.