固定靶与对撞机几何

一旦有了高速束流，制造一次对撞就有两种方式。要么把束流射向一块静止的材料——固定靶；要么把它引导去迎头撞上从对面飞来的第二束——对撞机。这两种几何的差别，决定了你辛苦得来的束流能量究竟有多少真正进入了对撞，而这道差距比直觉所想的要大。

日常的画面是车祸。一辆车以每小时 100 公里撞上一辆停着的车，会造成一定程度的破坏；但两辆各以每小时 100 公里的车迎头相撞则糟糕得多，因为两车的能量都汇聚在残骸里。固定靶对撞就像撞停着的车那种情形：束流的能量有很大一部分被浪费在带着碎屑向前冲（动量必须守恒，所以残骸会顺着原方向飞出去），只剩一小部分能用来产生新粒子。在迎头对撞的对撞机里，两束动量大小相等、方向相反，所以没有东西需要顺势飞出去，几乎全部能量都能用在要紧之处——也就是质心系，那个决定能造出什么新粒子的参考系。

数学上很惊人。固定靶布局里，有用的对撞能量只随束流能量的平方根增长，所以把束流加倍几乎换不来什么。在两束相等的迎头对撞机里，它则成正比增长，于是你能得到全部好处。这就是为什么每一台冲击能量前沿的机器——大型强子对撞机、LEP、Tevatron——都是对撞机。不过固定靶实验仍然兴盛，因为把束流对准一块致密、静止的靶能带来极大量的对撞，这在你追求的是纯粹数量而非最高能量时正是理想之选。