用加速器研究粒子的两种方法：固定目标还是对撞模式

进行粒子物理研究的方法有很多，但最常见的方法是将粒子加速到非常高的能量。但接下来的问题是如何处理它们？一般情况下，我们有两种选择：可以将这一束高速粒子撞击到一个固定目标上，或者我们可以制造两个反向运动的粒子束并让它们正面碰撞。

这两种不同的方法各有其用处，那么我们什么时候使用固定目标，什么时候使用对撞模式呢？这就需要我们知道这两种选择的优缺点。

科学家在设计实验时必须考虑两个重要参数：一个是粒子的能量，另一个是粒子的数量。为了简单起见，我们就将第一个重要参数称为能量，第二个重要参数称为光度。好的粒子加速器同时具有高能量与高光度，但有时我们要做出妥协，更侧重于其中一个。那么它们两个重要参数有什么好处呢？

能量是最容易理解的，根据爱因斯坦的质能方程E=mc²，我们知道能量和质量是等效的。这意味着要制造更高质量的粒子，需要使用非常高的能量束。能量还有第二个原因。事实证明，如果你想看到某些东西，你需要使用比被检查物体波长更短的光。1924年，法国物理学家路易斯·德布罗意假设所有粒子都有波动，粒子的能量越高，波长越短。因此，更高能量的加速器可以让你看到更小的事物。现代粒子加速器的目标之一是看看夸克和轻子是否由更小的物体组成，这就是能量很重要的原因。

那么，我们如何理解光度的作用呢？要理解这一点，需要一点量子力学的规则。在量子力学中，那些被认为不可能的事件实际可能会发生，但是极其罕见。如果我们正在寻找这些稀有的东西并且碰撞单个粒子，那么很有可能我们是找不到它们的。但是，如果我们增加上万亿个粒子，我们就提高了发现罕见事件的机会。