Hur fungerar en partikelaccelerator?

En partikelaccelerator är en fysikanordning som använder elektriska fält för att påskynda laddade partiklar till enorma hastigheter, ibland betydande fraktioner av ljusets hastighet.Vanliga partiklar som finns i partikelacceleratorer inkluderar protoner och elektroner, byggstenarna i atomen.

En partikelaccelerator används för att observera beteendet hos små partiklar med höga hastigheter och energier, liksom för mer vardagsändamål, såsom som såsom somgenerera en specifik typ av elektromagnetisk strålning.Partikelacceleratorer används ofta för att krossa partiklar mot varandra i mycket höga hastigheter, vilket avslöjar sina mer grundläggande komponenter.Röntgengeneratorn och tv-apparaten är båda vanliga exempel på partikelacceleratorer, med samma grundläggande design som deras större kusiner som används i högenergi-fysikexperiment. En partikelaccelerator faller i en av två kategorier: cirkulär eller linjär.

I en cirkulär partikelaccelerator accelereras partiklar i en kontinuerlig cirkulär väg.Fördelen med detta arrangemang är att partikeln kan riktas i en cirkel många gånger och spara hårdvara.Nackdelen är att partiklar i cirkulära acceleratorer avger elektromagnetisk strålning, kallad synkrotronstrålning.Eftersom deras momentum ständigt uppmuntrar dem att flyga ut på en bana tangential till cirkeln, måste energi kontinuerligt spenderas för att hålla dem på den cirkulära vägen, vilket innebär att cirkulära partikelacceleratorer är mindre effektiva.I stora acceleratorer är synkrotronstrålning så intensiv att hela acceleratorn måste begravas under jord för att upprätthålla säkerhetsstandarder.Fermilab -partikelacceleratorn i Illinois har en cirkulär stig på 4 mil (6,43 km).

Linjära acceleratorer brandpartiklar i en rak linje vid ett fast mål.Katodstrålröret i din TV är en partikelaccelerator med låg energi, som avfyrar fotoner i det synliga ljusområdet vid en glasplatta, skärmen.Strömmen av fotoner omdirigeras ständigt för att fylla skärmen med pixlar.Denna omdirigering inträffar tillräckligt snabbt för att vi uppfattar den växlande strömmen av fotoner som en kontinuerlig bild.

Linjära acceleratorer med hög energi, eller LINACS , används i fysikapplikationer.En serie plattor lockar alternativt och avvisar de laddade partiklarna som rör sig genom dem, drar partiklar framåt när de ännu inte har passerat den och skjutit bort dem efter att de har gjort det.På detta sätt kan växlande elektriska fält användas för att påskynda bäckar av partiklar till mycket höga hastigheter och energier.Fysiker använder dessa acceleratorer för att simulera exotiska förhållanden, till exempel de i centrum av stjärnor eller nära universums början.Partikelparken som beskrivs av standardmodellen för partikelfysik upptäcktes stegvis i partikelacceleratorexperiment.Den största linjära partikelacceleratorn är Stanford Linear Accelerator med en längd på 3 mil (3,2 km).