Hvordan fungerer en partikelaccelerator?
En partikelaccelerator er en fysikanordning, der bruger elektriske felter til at accelerere ladede partikler til enorme hastigheder, nogle gange betydelige fraktioner af lysets hastighed. Almindelige partikler, der kan findes i partikelacceleratorer, inkluderer protoner og elektroner, atomstenens byggesten.
En partikelaccelerator bruges til at observere opførsel af små partikler ved høje hastigheder og energier, såvel som til mere daglige formål, såsom at generere en bestemt slags elektromagnetisk stråling. Partikelacceleratorer bruges ofte til at knuse partikler mod hinanden i meget høje hastigheder, hvilket afslører deres mere grundlæggende komponenter. Røntgengeneratoren og tv-apparatet er begge almindelige eksempler på partikelacceleratorer med det samme grundlæggende design som deres større kusiner, der blev brugt i fysikeksperimenter med høj energi. En partikelaccelerator falder i en af to kategorier: cirkulær eller lineær.
I en cirkulær partikelaccelerator accelereres partiklerne i en kontinuerlig cirkulær bane. Fordelen ved dette arrangement er, at partiklen kan styres i en cirkel mange gange, hvilket sparer hardware. Ulempen er, at partikler i cirkulære acceleratorer udsender elektromagnetisk stråling, kaldet synchrotronstråling. Fordi deres momentum konstant tilskynder dem til at flyve ud på en bane, der er tangentiel for cirklen, skal energi kontinuerligt bruges til at holde dem på den cirkulære bane, hvilket betyder, at cirkulære partikelacceleratorer er mindre effektive. I store acceleratorer er synkrotronstråling så intens, at hele acceleratoren skal begraves under jorden for at opretholde sikkerhedsstandarder. Fermilab-partikelacceleratoren i Illinois har en cirkulær bane på 6 miles (6,43 km).
Lineære acceleratorer fyrer partikler i en lige linje på et fast mål. Katodestrålerøret i dit fjernsyn er en partikelaccelerator med lav energi, der fyrer fotoner i det synlige lysområde ved en glasplade, skærmen. Strømmen af fotoner omdirigeres konstant for at udfylde skærmen med pixels. Denne omdirigering forekommer hurtigt nok til at vi opfatter den vekslende strøm af fotoner som et kontinuerligt billede.
Lineære acceleratorer med høj energi eller linakker anvendes til fysikapplikationer . En række plader tiltrækker og frastøder alternativt de ladede partikler, der bevæger sig gennem dem, og trækker partikler fremad, når de endnu ikke er passeret, og skubber dem væk efter, at de har gjort det. På denne måde kan skiftende elektriske felter bruges til at accelerere strømme af partikler til meget høje hastigheder og energier. Fysikere bruger disse acceleratorer til at simulere eksotiske forhold, såsom dem i centrum af stjerner eller i nærheden af universets begyndelse. "Partikelzoo" beskrevet af standardmodellen for partikelfysik blev afdækket trinvist i partikelacceleratoreksperimenter. Den største lineære partikelaccelerator er Stanford Linear Accelerator med en længde på 3,2 km.