Hvordan fungerer en partikelaccelerator?
En partikelaccelerator er en fysikindretning, der bruger elektriske felter til at fremskynde ladede partikler til enorme hastigheder, undertiden betydelige fraktioner af lysets hastighed.Almindelige partikler, der kan findes inden for partikelacceleratorer, inkluderer protoner og elektroner, byggestenene i atomet.
En partikelaccelerator bruges til at observere opførslen af små partikler ved høje hastigheder og energier såvel som til flere hverdagslige formål, såsomGenerering af en bestemt slags elektromagnetisk stråling.Partikelacceleratorer bruges ofte til at smadre partikler mod hinanden ved meget høje hastigheder, hvilket afslører deres mere grundlæggende komponenter.Røntgengeneratoren og tv-apparatet er begge almindelige eksempler på partikelacceleratorer med det samme grundlæggende design som deres større fætre, der blev brugt i højenergifysikeksperimenter. En partikelaccelerator falder i en af to kategorier: cirkulær eller lineær.
I en cirkulær partikelaccelerator accelereres partikler i en kontinuerlig cirkulær sti.Fordelen ved dette arrangement er, at partiklen kan rettes i en cirkel mange gange, hvilket sparer hardware.Ulempen er, at partikler i cirkulære acceleratorer udsender elektromagnetisk stråling, kaldet synchrotronstråling.Fordi deres momentum konstant opfordrer dem til at flyve ud på en bane tangential til cirklen, skal energi kontinuerligt bruges til at holde dem på den cirkulære sti, hvilket betyder, at cirkulære partikelacceleratorer er mindre effektive.I store acceleratorer er synchrotronstråling så intens, at hele acceleratoren skal begraves under jorden for at opretholde sikkerhedsstandarder.Fermilab -partikelacceleratoren i Illinois har en cirkulær sti på 6,43 km (6,43 km).
Lineære acceleratorer brandpartikler i en lige linje ved et fast mål.Katodestrålerøret i dit tv er en lavenergi-partikelaccelerator, der fyrer fotoner i det synlige lysområde ved en glasplade, skærmen.Strømmen af fotoner omdirigeres konstant for at fylde skærmen med pixels.Denne omdirigering forekommer hurtigt nok til, at vi opfatter den skiftende strøm af fotoner som et kontinuerligt billede.
Lineære acceleratorer med høj energi, eller Linacs , bruges i fysikapplikationer.En række plader tiltrækker og afviser de ladede partikler, der bevæger sig gennem dem, trækker partikler fremad, når de endnu ikke har passeret den, og skubber dem væk, efter at de har gjort det.På denne måde kan skiftende elektriske felter bruges til at fremskynde vandløb af partikler til meget høje hastigheder og energier.Fysikere bruger disse acceleratorer til at simulere eksotiske tilstande, såsom dem i centrum af stjerner eller i nærheden af universets begyndelse.Partikel Zoo beskrevet af standardmodellen for partikelfysik blev afdækket trinvist i partikelacceleratoreksperimenter.Den største lineære partikelaccelerator er Stanford lineær accelerator med en længde på 3,2 km