Wie funktioniert ein Partikelbeschleuniger?

Ein Partikelbeschleuniger ist ein Physikgerät, das elektrische Felder verwendet, um geladene Partikel zu immensen Geschwindigkeiten zu beschleunigen, manchmal erhebliche Lichtbrüche der Lichtgeschwindigkeit.Gemeinsame Partikel, die in Partikelbeschleunigern gefunden werden können, umfassen Protonen und Elektronen, die Bausteine des AtomErzeugen einer bestimmten Art von elektromagnetischer Strahlung.Partikelbeschleuniger werden häufig verwendet, um Partikel mit sehr hohen Geschwindigkeiten gegeneinander zu zerschlagen und ihre grundlegenderen Komponenten zu enthüllen.Der Röntgengenerator und der Fernsehgerät sind beide häufige Beispiele für Partikelbeschleuniger, wobei das gleiche grundlegende Design wie ihre größeren Cousins, die in Experimenten mit energiereicher Physik verwendet werden.

Ein Partikelbeschleuniger fällt in eine von zwei Kategorien: kreisförmig oder linear.

In einem kreisförmigen Partikelbeschleuniger werden Partikel in einem kontinuierlichen kreisförmigen Pfad beschleunigt.Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, dass das Teilchen viele Male in einen Kreis gerichtet werden kann und Hardware spart.Der Nachteil ist, dass Partikel in kreisförmigen Beschleunigern eine elektromagnetische Strahlung emittieren, die als Synchrotronstrahlung bezeichnet wird.Da ihr Impuls sie ständig dazu ermutigt, auf einem Trajektorien -Tangential zum Kreis zu fliegen, muss Energie kontinuierlich aufgewendet werden, um sie auf dem kreisförmigen Pfad zu halten, was bedeutet, dass kreisförmige Partikelbeschleuniger weniger effizient sind.Bei großen Beschleunigern ist die Synchrotronstrahlung so intensiv, dass der gesamte Beschleuniger unterirdisch begraben werden muss, um die Sicherheitsstandards aufrechtzuerhalten.Der Fermilab -Partikelbeschleuniger in Illinois hat einen kreisförmigen Pfad von 6,43 km (lineare Beschleuniger feuern Partikel in einer geraden Linie an einem festen Ziel.Die Kathodenstrahlröhre in Ihrem Fernseher ist ein energiereicher Partikelbeschleuniger, der Photonen im sichtbaren Lichtbereich an einer Glasplatte, dem Bildschirm, abbricht.Der Photonenstrom wird ständig umgeleitet, um den Bildschirm mit Pixeln zu füllen.Diese Umleitung tritt schnell genug auf, dass wir den abwechselnden Photonenstrom als kontinuierliches Bild wahrnehmen.Eine Reihe von Platten zieht alternativ die geladenen Partikel an, die sich durch sie bewegen, und ziehen Partikel nach vorne, wenn sie es noch nicht bestanden haben, und schieben sie nach ihrer Zeit weg.Auf diese Weise können abwechselnde elektrische Felder verwendet werden, um Teilchenströme zu sehr hohen Geschwindigkeiten und Energien zu beschleunigen.Physiker verwenden diese Beschleuniger, um exotische Bedingungen zu simulieren, wie z. B. die im Zentrum von Sternen oder am Anfang des Universums.Der durch das Standardmodell der Partikelphysik beschriebene Partikelzoo wurde schrittweise in Partikelbeschleunigungsversuche aufgedeckt.Der größte lineare Partikelbeschleuniger ist der stanford lineare Beschleuniger mit einer Länge von 3,2 km (2 Meilen).