Come funziona un acceleratore di particelle?

Un acceleratore di particelle è un dispositivo di fisica che utilizza campi elettrici per accelerare le particelle caricate a velocità immense, a volte frazioni significative della velocità della luce.Le particelle comuni che possono essere trovate all'interno degli acceleratori di particelle includono protoni ed elettroni, i mattoni dell'atomo.

Un acceleratore di particelle viene utilizzato per osservare il comportamento di piccole particelle ad alte velocità ed energie, nonché a scopi più quotidiani comegenerare un tipo specifico di radiazioni elettromagnetiche.Gli acceleratori di particelle sono spesso usati per distruggere le particelle l'una contro l'altra a velocità molto elevate, rivelando i loro componenti più fondamentali.Il generatore a raggi X e il televisore sono entrambi esempi comuni di acceleratori di particelle, con lo stesso design di base dei loro cugini più grandi usati in esperimenti di fisica ad alta energia. Un acceleratore di particelle rientra in una delle due categorie: circolare o lineare.

In un acceleratore di particelle circolari, le particelle sono accelerate in un percorso circolare continuo.Il vantaggio di questa disposizione è che la particella può essere diretta in un cerchio molte volte, salvando l'hardware.Il rovescio della medaglia è che le particelle negli acceleratori circolari emettono radiazioni elettromagnetiche, chiamate radiazioni di sincrotrone.Poiché il loro slancio li incoraggia costantemente a volare su una traiettoria tangenziale al cerchio, l'energia deve essere costantemente spesa per mantenerli sul percorso circolare, il che significa che gli acceleratori di particelle circolari sono meno efficienti.In grandi acceleratori, le radiazioni di sincrotrone sono così intense che l'intero acceleratore deve essere sepolto sottoterra per mantenere gli standard di sicurezza.L'acceleratore di particelle di Fermilab in Illinois ha un percorso circolare di 4 miglia (6,43 km).

Acceleratori lineari sparano particelle in linea retta a un bersaglio fisso.Il tubo a raggio catodico in televisione è un acceleratore di particelle a bassa energia, che spara fotoni nella gamma di luce visibile su una lastra di vetro, lo schermo.Il flusso di fotoni viene costantemente reindirizzato per riempire lo schermo di pixel.Questo reindirizzamento si verifica abbastanza velocemente da percepire il flusso alternato di fotoni come un'immagine continua.

Acceleratori lineari ad alta energia, o LINACS , sono utilizzati nelle applicazioni di fisica.Una serie di piastre attira alternativamente e respinge le particelle cariche che si muovono attraverso di esse, facendo in avanti le particelle quando non l'hanno ancora superato e spingendole via dopo averlo fatto.In questo modo, i campi elettrici alterni possono essere utilizzati per accelerare i flussi di particelle a velocità ed energie molto alte.I fisici usano questi acceleratori per simulare condizioni esotiche, come quelle al centro delle stelle o vicino all'inizio dell'universo.Lo zoo delle particelle descritto dal modello standard di fisica delle particelle è stato scoperto in modo incrementale negli esperimenti di acceleratore di particelle.Il più grande acceleratore di particelle lineari è l'acceleratore lineare di Stanford con una lunghezza di 2 miglia (3,2 km).