Általában, amikor szubatomi részecskék ütközéséről beszélünk, mindig valami fizikailag érdekes dolog történik a folyamat során.
Például a protonok ütközésekor ritka elemi részecskék születnek és bomlanak el. A lényeg az, hogy nagy energiaszinteken nem maguk a protonok ütköznek közvetlenül, hanem az alkotóelemeik: a kvarkok és a gluonok. Az ütközés pillanatában kölcsönhatásba lépnek, néha annihilálódnak (például egy kvark egy antikvarkkal), a felszabaduló energia pedig új részecskékké alakul – fotonokká, müonokká, hadronokká, W- és Z-bozonokká, sőt, akár Higgs-bozonokká.
De mi történik két elektron ütközésekor? Hiszen ez a részecske szinte „mágikus”, és számos érdekes tulajdonsággal bír, amelyekről már sokszor írtam korábban. Az elektronok azonban leptonok, és nem állnak semmilyen kisebb részből (legalábbis az általánosan elfogadott elmélet szerint), ami azt jelenti, hogy az ütközésükkor nem történik semmi különös.
Valójában két elektron találkozása tényleg meglehetősen unalmas esemény. Még ha az elektronnyalábokat hatalmas sebességre is gyorsítjuk fel, azok egyszerűen szétrepülnek az elektromágneses mezőik miatt. Eközben legfeljebb néhány foton szabadulhat fel.
Ahhoz viszont, hogy új részecskéket hozzunk létre – mint például a Higgs-bozon vagy a Z-bozon –, a részecskét a saját antirészecskéjével kell ütköztetni. Ez az elektronok esetében is lehetséges, de ehhez pozitronokkal (antielektronokkal) kell ütköztetni őket.
De akkor miért ütköztetnek protonokat protonokkal? Azért, mert a proton relativisztikus kvarkok, antikvarkok és gluonok valóságos óceánja. A gluonok olyan bozonok, mint a fotonok, vagyis ők saját maguk antirészecskéi. Az egyik proton kvarkjai képesek annihilálódni a másik proton antikvarkjaival. Végeredményben az úgynevezett ütköztetők (kolliderek) valójában kvarkokat, gluonokat és azok antirészecskéit ütköztetik.
Ezt Feynman-diagramok segítségével lehet jól szemléltetni. Ezeken a diagramokon a fermionokat (elektronok, kvarkok stb.) nyilak jelölik: a nyíl iránya mutatja, hogy részecskéről vagy antirészecskéről van-e szó. Mivel a fermionok az antirészecskékkel együtt keletkeznek és semmisülnek meg, minden csúcs felé mutató nyílhoz tartoznia kell egy onnan kifelé mutató nyílnak is. Ennek eredményeként a Feynman-diagramokon szereplő összes nyíl folytonos, kezdet és vég nélküli útvonalakat és hurkokat alkot.
Emiatt két elektron (vagy két kvark) ütközését nem lehet csak úgy egyszerűen felrajzolni egy diagramra – ez ugyanis minden szabálynak ellentmondana.
Kövesd új Facebook oldalunkat és értesülj további érdekes cikkekről:
