Обычно когда мы обсуждаем столкновения субатомных частиц, то всегда при таком процессе происходит что-то физически интересное.
Например, при столкновении протонов рождаются и распадаются редкие элементарные частицы. Соль в том, что на больших энергиях напрямую стукаются не сами протоны, а их составные части - кварки и глюоны. В момент удара они взаимодействуют, иногда аннигилируют (например, кварк с антикварком), и высвобожденная энергия превращается в новые частицы - фотоны, мюоны, адроны, W- и Z-бозоны и даже бозон Хиггса.
А что будет при столкновении двух электронов? Ведь эта частица почти "магическая" и обладает множеством интересных свойств, которые я описывал на канале много раз. Но электроны - это лептоны и не из чего не состоят (по крайней мере общепринятая теория говорит именно так), а значит при столкновении ничего интересного не произойдёт.
На самом деле столкновение двух электронов действительно довольно скучное событие. Даже если разогнать пучки электронов до огромных скоростей, они просто разлетятся в разные стороны из-за своих электромагнитных полей. При этом может испуститься немного фотонов. Но чтобы создать новые частицы, вроде бозона Хиггса или Z-бозона, нужно сталкивать частицу с её античастицей. Для электронов это тоже доступно, но нужно сталкивать электроны с позитронами (антиэлектронами).
А почему тогда протоны сталкивают с протонами? Потому что протон - это целый океан релятивистских кварков, антикварков и глюонов. Глюоны - это бозоны вроде фотонов, то есть они сами себе античастицы. Кварки одного протона могут аннигилировать с антикварками другого. В итоге так называемые коллайдеры на самом деле сталкивают кварки, глюоны и их античастицы.
Это удобно визуализировать с помощью диаграмм Фейнмана. На этих диаграммах фермионы (электроны, кварки и др.) изображаются стрелками: направление стрелки показывает, частица это или античастица. Поскольку фермионы создаются и уничтожаются вместе с античастицами, каждая стрелка, направленная к вершине, должна иметь стрелку, уходящую от неё. В результате все стрелки на диаграммах Фейнмана образуют непрерывные пути и петли без начала и конца. Из-за этого столкновение двух электронов (или двух кварков) нельзя просто нарисовать в диаграмме - это нарушает все правила.
⚡ Ещё больше интересного в моём Telegram
