partikelkollisioner

Partikelkollisioner avser processer där två eller flera elementarpartiklar kolliderar vid mycket höga energier. Dessa kollisioner används för att undersöka de grundläggande krafterna och materiens byggstenar. Resultaten studeras i detektorer som registrerar produkterna av kollisionerna, deras energi, riktning och identifierbara spår.

Typiska kollisioner är hadron–hadron (till exempel proton–proton eller proton–nukleon), lepton–lepton (till exempel elektron–positron) och tungionskollisioner (heavy-ion, där tätt packade kärnor kolliderar). Energin i centrum av massan mäts i teV eller GeV och varierar mellan experiment. Kollisionerna producerar kortlivade partiklar som rekonstrueras från deras efterföljande decays och spridning.

Teori och beräkningar bygger på kvantfältteori, framför allt kvantkromodynamik för stark växelverkan och elektroweak-delen av standardmodellen. Partonmodellen beskriver hur kvarkar och gluoner i protonen deltar i kollisionerna. Feynman-diagram används för att beräkna sannolikheter (cross sections) och förutsäga observerbara signaturer som jets, W- och Z-bosoner, top-quarks, Higgs-boson och potentiell ny fysik. Experimentellt mäts bland annat hur ofta olika processer inträffar och vilka karakteristiska mönster de lämnar efter sig i detektionssystemen.

Experimentellt sker mycket av arbetet vid stora acceleratoranläggningar som genomför kollisionerna i olika detektorer, till exempel ATLAS, CMS, ALICE och LHCb vid Large Hadron Collider i Genève. Dessa detektorer använder spårnings- och kalorimeterteknik samt muon-detektorer för att rekonstruera partiklar och utvinna fysikaliska kvantiteter, såsom luminostitet och blandningar av olika partiklar.

Partikelkollisioner har lett till viktiga upptäckter inom standardmodellen och studier av kvark-gluonplasman i tungjonskollisioner. Forskningen fortsätter att testa våra teorier och söker tecken på ny fysik, som supersymmetri eller mörk materia.