Comment fonctionne un accélérateur de particules?

Un accélérateur de particules est un dispositif de physique qui utilise des champs électriques pour accélérer les particules chargées à des vitesses immenses, parfois des fractions significatives de la vitesse de la lumière.Les particules communes qui peuvent être trouvées dans les accélérateurs de particules comprennent les protons et les électrons, les éléments constitutifs de l'atome.

Un accélérateur de particules est utilisé pour observer le comportement des petites particules à haute vitesse et énergie, ainsi que à des fins plus quotidiennes telles quegénérer un type spécifique de rayonnement électromagnétique.Les accélérateurs de particules sont souvent utilisés pour briser les particules les uns contre les autres à des vitesses très élevées, révélant leurs composantes plus fondamentales.Le générateur de rayons X et le téléviseur sont tous deux des exemples courants d'accélérateurs de particules, avec la même conception de base que leurs plus grands cousins utilisés dans les expériences de physique à haute énergie. Un accélérateur de particules tombe dans l'une des deux catégories: circulaire ou linéaire.

Dans un accélérateur de particules circulaires, les particules sont accélérées dans un chemin circulaire continu.L'avantage de cet arrangement est que la particule peut être dirigée à plusieurs reprises dans un cercle, en économisant du matériel.L'inconvénient est que les particules dans les accélérateurs circulaires émettent un rayonnement électromagnétique, appelé rayonnement synchrotron.Parce que leur élan les encourage constamment à voler sur une trajectoire tangentielle au cercle, l'énergie doit être dépensée en continu pour les maintenir sur le chemin circulaire, ce qui signifie que les accélérateurs de particules circulaires sont moins efficaces.Dans les grands accélérateurs, le rayonnement synchrotron est si intense que tout l'accélérateur doit être enterré sous terre pour maintenir les normes de sécurité.L'accélérateur de particules de Fermilab dans l'Illinois a un chemin circulaire de 4 miles (6,43 km).

Les accélérateurs linéaires tirent des particules en ligne droite à une cible fixe.Le tube à rayons cathodiques de votre télévision est un accélérateur de particules à faible énergie, qui tire des photons dans la gamme de lumière visible à une plaque de verre, l'écran.Le flux de photons est constamment redirigé pour remplir l'écran de pixels.Cette redirection se produit suffisamment rapidement pour percevoir le flux alternatif de photons comme une image continue.

Les accélérateurs linéaires à haute énergie, ou Linacs , sont utilisés dans les applications de physique.Une série de plaques attire et repousse les particules chargées qui les se déplaçaient, tirant les particules en avant lorsqu'ils ne l'ont pas encore dépassé, et les repoussant après leur être.De cette manière, des champs électriques alternés peuvent être utilisés pour accélérer les flux de particules à des vitesses et des énergies très élevées.Les physiciens utilisent ces accélérateurs pour simuler des conditions exotiques, telles que celles du centre des étoiles ou vers le début de l'univers.Le zoo de particules décrit par le modèle standard de physique des particules a été découvert progressivement dans les expériences d'accélérateur de particules.Le plus grand accélérateur de particules linéaires est l'accélérateur linéaire de Stanford avec une longueur de 2 miles (3,2 km).