Jak działa akcelerator cząstek?

Akcelerator cząstek to urządzenie fizyczne, które wykorzystuje pól elektryczną do przyspieszenia naładowanych cząstek do ogromnych prędkości, czasem znacznych ułamków prędkości światła.Wspólne cząstki, które można znaleźć w akceleratorach cząstek, obejmują protony i elektrony, elementy konstrukcyjne atomu.

Akcelerator cząstek służy do obserwacji zachowania małych cząstek przy dużych prędkościach i energii, a także do bardziej codziennych celów, takich jak cele codzienne, takie jakgenerowanie określonego rodzaju promieniowania elektromagnetycznego.Akceleratory cząstek są często używane do rozbijania cząstek ze sobą przy bardzo dużych prędkościach, ujawniając ich bardziej fundamentalne elementy.Generator rentgenowski i zestaw telewizyjny są typowymi przykładami akceleratorów cząstek, z tym samym podstawowym projektem, co ich większe kuzyny stosowane w eksperymentach fizyki o wysokiej energii. Akcelerator cząstek należy do jednej z dwóch kategorii: okrągły lub liniowy.

W akceleratorze cząstek okrągłych cząstki przyspieszane są na ciągłej okrągłej ścieżce.Zaletą tego układu jest to, że cząsteczka można wielokrotnie kierować w okręgu, oszczędzając sprzęt.Minusem jest to, że cząsteczki w okrągłym akceleratory emitują promieniowanie elektromagnetyczne, zwane promieniowaniem synchrotronowym.Ponieważ ich pęd nieustannie zachęca ich do latania na trajektorii stycznej do koła, należy ciągle wydawać energię, aby utrzymać je na okrągłej ścieżce, co oznacza, że akceleratory okrągłych cząstek są mniej wydajne.W dużych akceleratorach promieniowanie synchrotronowe jest tak intensywne, że cały akcelerator musi zostać pochowany pod ziemią, aby zachować standardy bezpieczeństwa.Akcelerator cząstek Fermilab w Illinois ma okrągłą ścieżkę o powierzchni 4 mil (6,43 km).

Liniowe akceleratory pożarowe w linii prostej w ustalonym celu.Rurka Ray Cathode w telewizji to akcelerator cząstek o niskiej energii, który strzela fotony w zakresie światła widzialnego na szklanej płycie, ekran.Strumień fotonów jest ciągle przekierowywany w celu wypełnienia ekranu pikselami.To przekierowanie występuje wystarczająco szybko, aby postrzegać naprzemienny strumień fotonów jako obraz ciągły.

Wysokie energiczne liniowe akceleratory lub Linacs są używane w zastosowaniach fizyki.Seria płyt alternatywnie przyciąga i odpycha naładowane przez nich cząsteczki, ciągnąc cząstki do przodu, gdy jeszcze ich nie minęły, i odsuwając je po tym.W ten sposób można wykorzystać naprzemienne pola elektryczne do przyspieszenia strumieni cząstek do bardzo dużych prędkości i energii.Fizycy używają tych akceleratorów do symulacji warunków egzotycznych, takich jak te w centrum gwiazd lub w pobliżu początku wszechświata.Zoo cząstek opisane standardowym modelem fizyki cząstek zostało stopniowo odkryte w eksperymentach akceleratora cząstek.Największym akceleratorem cząstek liniowych jest akcelerator liniowy Stanford o długości 2 mil (3,2 km).