Jak funguje akcelerátor částic?

A akcelerátor částic je fyzikální zařízení, které používá elektrická pole k urychlení nabitých částic k obrovským rychlostem, někdy významným zlomkům rychlosti světla. Mezi běžné částice, které lze nalézt v akcelerátorech částic, patří protony a elektrony, stavební bloky atomu. Akcelerátory částic se často používají k rozbíjení částic proti sobě při velmi vysokých rychlostech, což odhaluje jejich základní komponenty. Rentgenový generátor a televizní soubor jsou běžnými příklady akcelerátorů částic se stejným základním designem jako jejich větší bratranci používané při experimentech s fyzikou s vysokou energií. Akcelerátor částic spadá do jedné ze dvou kategorií: kruhový nebo lineární.

V kruhovém akcelerátoru částic se částice zrychlují kontinuální kruhovou cestou. Výhodou tohoto uspořádání je, že částice může být mnohokrát nasměrována v kruhu a ušetří hardware. Nevýhodou je, že částice v kruhových akcelerátorech emitují elektromagnetické záření, nazývané synchrotronové záření. Protože jejich hybnost je neustále povzbuzuje, aby odletěli na trajektorii tangenciální k kruhu, musí být energie neustále vynaložena, aby je udržovala na kruhové cestě, což znamená, že akcelerátory kruhových částic jsou méně účinné. U velkých akcelerátorů je synchrotronové záření tak intenzivní, že celý akcelerátor musí být pohřben pod zemí, aby se zachoval bezpečnostní standardy. Akcelerátor částic Fermilab v Illinois má kruhovou cestu 4 mil (6,43 km).

lineární akcelerátory ohnivé částice v přímce při pevném cíli. Trubice katodového paprsku ve vaší televizi je nízkoenergetický akcelerátor částic, kterýVystřelí fotony ve viditelném rozsahu světla na skleněné desce, na obrazovce. Proud fotonů je neustále přesměrován, aby naplnil obrazovku pixely. K tomuto přesměrování dochází dostatečně rychle, abychom vnímali střídavý proud fotonů jako spojitý obraz.

vysokoenergetické lineární akcelerátory nebo linacs , používají se ve fyzikálních aplikacích. Řada desek alternativně přitahuje a odpuzuje nabité částice, které se pohybují skrz ně, přitahují částice dopředu, když je ještě neprošly, a odsunují je pryč po jejich. Tímto způsobem lze použít střídavé elektrické pole k urychlení toků částic na velmi vysoké rychlosti a energie. Fyzici tyto akcelerátory používají k simulaci exotických podmínek, jako jsou podmínky ve středu hvězd nebo na začátku vesmíru. „Zoo částice“ popsaná standardním modelem fyziky částic byla odkryta postupně v experimentech s akcelerátorem částic. Největší lineární zrychlení částicErator je lineární akcelerátor Stanford s délkou 2 mil (3,2 km).