protonenbotsingen

Protonenbotsingen zijn botsingen tussen protonen die met extreem hoge energie plaatsvinden in deeltjesversnellers. In de Large Hadron Collider (LHC) bij CERN worden protonen versneld en met elkaar laten botsen in gespecialiseerde ontmoetingspunten. Een proton is een samengesteld deeltje uit quarks en gluonen; tijdens een botsing raken meestal de onderliggende partons (quarks en gluonen) betrokken bij de interactie. De beschrijving van deze processen berust op quantumchromodynamica en het partonmodel, waarbij de uitkomsten worden gekwantificeerd met kansverwachtingen in termen van kruis-secties.

Tijdens een botsing komen duizenden mogelijke partoninteracties tegelijk voor, wat leidt tot een verscheidenheid aan eindtoestanden. Waarschijnlijkheden bepalen welke deeltjes worden geproduceerd: bijvoorbeeld jets van hadronen, W- en Z-bosonen, topquarks, en vaak ook Higgs-bosonen via verschillende productiemethoden. Daarnaast ontstaan er leptonen, neutrino’s en fotonen, en er blijft vaak sprake van onzichtbare deeltjes die als ontbrekende energie in de detectoren geregistreerd kan worden.

Detectors spelen een cruciale rol bij het vastleggen en interpreteren van de botsingsproducten. De belangrijkste LHC-experimenten zijn ATLAS en CMS, die als algemene doel hebben om aantallen en eigenschappen van geproduceerde deeltjes te meten. Andere experimenten zoals LHCb en ALICE richten zich op specifieke aspecten van deeltjesfysica. Metingen omvatten onder meer tracés van geladen deeltjes, calorimetrische energies, en ontbrekende transverse energie die wijst op neutrino’s of onbekende deeltjes.

Protonenbotsingen hebben bijgedragen aan vele mijlpalen in de deeltjesfysica, waaronder de ontdekking van het Higgs-boson in 2012. Ze blijven een kernmethode voor testen van het Standard Model en voor de zoektocht naar nieuwe fysica buiten het bestaande paradigm aangaande fundamentele krachten en materie.