進行粒子物理研究的方法有很多，但最常見的方法是將粒子加速到非常高的能量。但接下來的問題是如何處理它們？一般情況下，我們有兩種選擇：可以將這一束高速粒子撞擊到一個固定目標上，或者我們可以制造兩個反向運動的粒子束并讓它們正面碰撞。

這兩種不同的方法各有其用處，那么我們什么時候使用固定目標，什么時候使用對撞模式呢？這就需要我們知道這兩種選擇的優缺點。

科學家在設計實驗時必須考慮兩個重要參數：一個是粒子的能量，另一個是粒子的數量。為了簡單起見，我們就將第一個重要參數稱為能量，第二個重要參數稱為光度。好的粒子加速器同時具有高能量與高光度，但有時我們要做出妥協，更側重于其中一個。那么它們兩個重要參數有什么好處呢？

能量是最容易理解的，根據愛因斯坦的質能方程E=mc2，我們知道能量和質量是等效的。這意味著要制造更高質量的粒子，需要使用非常高的能量束。能量還有第二個原因。事實證明，如果你想看到某些東西，你需要使用比被檢查物體波長更短的光。1924年，法國物理學家路易斯·德布羅意假設所有粒子都有波動，粒子的能量越高，波長越短。因此，更高能量的加速器可以讓你看到更小的事物。現代粒子加速器的目標之一是看看夸克和輕子是否由更小的物體組成，這就是能量很重要的原因。

那么，我們如何理解光度的作用呢？要理解這一點，需要一點量子力學的規則。在量子力學中，那些被認為不可能的事件實際可能會發生，但是極其罕見。如果我們正在尋找這些稀有的東西并且碰撞單個粒子，那么很有可能我們是找不到它們的。但是，如果我們增加上萬億個粒子，我們就提高了發現罕見事件的機會。

我們已經知道了能量和光度是多么重要，那么固定目標和對撞模式對這兩個重要參數有何偏好呢？我們直接給出答案：對撞模式會產生更大的能量，而固定目標會產生更多的碰撞。

大量的碰撞更容易被我們看到，所以我們先對光度進行討論。在對撞機中，我們讓一束粒子與另一束粒子對撞。現在一束粒子可能有10^11個粒子，也就是1000億個，兩束粒子就有2000億個粒子，但能發生碰撞的只是其中一部分。

但如果你把一束粒子射進一個固定的目標，情況就大不一樣了。一束粒子的數量是相同的，但目標是固體，這意味著它含有大量的粒子。我們舉個例子，一立方厘米的水含有大約10^24個粒子。目標粒子如此之多，發生碰撞的可能性就會大大增加。

對撞機的能量優勢有點難以看到，但我們可以想象一下一些車禍場景。首先是追尾的情況，兩車碰撞的能量不會全部轉化為材料的變形，有一部分能量被轉移到前車的動能了。其次是輛車對撞的情況，如果它們的大小相同并且速度大小相同，它們就會完全停止，此時碰撞的所有的能量都會造成材料的變形。

同樣的道理，我們回到大型強子對撞機的質子束。在一般情況下，質子將具有7萬億電子伏特的能量，如果兩束質子束相互碰撞，可用于研究的能量將高達14萬億電子伏特。但如果我們只是將質子束與靜止目標碰撞，有用的能量不會是7萬億電子伏特，而是只有大約0.114 萬億電子伏特。

它們的差異如此之大，所以為了獲得更高的能量，顯然對撞才是正確的出路。但為了獲得更高的光度，它們必須以令人難以置信的精確度進行瞄準。放大到我們更熟悉的尺寸，它所需要的精確度就像你拿兩根普通縫紉針，將它們分開十公里，然后射向彼此并在中間碰撞，這是非常困難的。相比之下，在固定目標中，更像是在墻上射飛鏢。如果你實在射不準，建一個更大的墻就行了。

這就是固定目標和對撞模式之間的區別：固定目標更容易實現，并且可以產生大量碰撞。對撞模式實行起來要困難得多，但如果你想制造新的、未被發現的粒子，這就是你要選擇的。