Wie funktioniert ein Partikelbeschleuniger?

Ein Partikelbeschleuniger ist ein Physikgerät, das elektrische Felder verwendet, um geladene Partikel auf immense Geschwindigkeiten zu beschleunigen, manchmal erhebliche Lichtbrüche der Lichtgeschwindigkeit. Gemeinsame Partikel, die in Partikelbeschleunigern gefunden werden können, umfassen Protonen und Elektronen, die Bausteine ​​des Atoms. Partikelbeschleuniger werden häufig verwendet, um Partikel mit sehr hohen Geschwindigkeiten gegeneinander zu zerschlagen und ihre grundlegenderen Komponenten zu enthüllen. Der Röntgengenerator und der Fernsehset sind beide häufige Beispiele für Partikelbeschleuniger, wobei das gleiche grundlegende Design wie ihre größeren Cousins ​​in Experimenten mit hoher Energienphysik verwendet werden. Ein Partikelbeschleuniger fällt in eine von zwei Kategorien: kreisförmig oder linear.

In einem kreisförmigen Partikelbeschleuniger werden Partikel in einem kontinuierlichen kreisförmigen Pfad beschleunigt. Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, dass das Teilchen viele Male in einen Kreis gerichtet werden kann und Hardware spart. Der Nachteil ist, dass Partikel in kreisförmigen Beschleunigern eine elektromagnetische Strahlung emittieren, die als Synchrotronstrahlung bezeichnet wird. Da ihr Dynamik sie ständig dazu ermutigt, auf einem Tangential des Flugbahn zum Kreis auszufliegen, muss Energie kontinuierlich aufgewendet werden, um sie auf dem kreisförmigen Pfad zu halten, was bedeutet, dass kreisförmige Partikelbeschleuniger weniger effizient sind. Bei großen Beschleunigern ist die Synchrotronstrahlung so intensiv, dass der gesamte Beschleuniger unterirdisch begraben werden muss, um die Sicherheitsstandards aufrechtzuerhalten. Der Fermilab -Partikelbeschleuniger in Illinois hat einen kreisförmigen Pfad von 6,43 km.

Lineare Beschleuniger feuern Partikel in einer geraden Linie an einem festen Ziel. Die Kathodenstrahlröhre in Ihrem Fernseher ist ein energiereicher Partikelbeschleuniger, derBrennt die Photonen in der sichtbaren Lichtspanne an einer Glasscheibe, auf dem Bildschirm. Der Photonenstrom wird ständig umgeleitet, um den Bildschirm mit Pixeln zu füllen. Diese Umleitung tritt schnell genug auf, dass wir den alternierenden Strom von Photonen als kontinuierliches Bild wahrnehmen.

lineare Beschleuniger mit hochenergetischen oder linacs werden in Physikanwendungen verwendet. Eine Reihe von Platten Alternativ zieht die geladenen Partikel an, die sich durch sie bewegen, und ziehen Partikel nach vorne, wenn sie es noch nicht bestanden haben, und schieben sie nach ihrer Zeit weg. Auf diese Weise können abwechselnde elektrische Felder verwendet werden, um Teilchenströme zu sehr hohen Geschwindigkeiten und Energien zu beschleunigen. Physiker verwenden diese Beschleuniger, um exotische Bedingungen zu simulieren, wie z. B. die im Zentrum von Sternen oder am Anfang des Universums. Der durch das Standardmodell der Partikelphysik beschriebene "Partikelzoo" wurde schrittweise in Partikelbeschleunigungsversuche aufgedeckt. Die größte lineare PartikelbeschleunigungErator ist der stanford lineare Beschleuniger mit einer Länge von 3,2 km (2,2 km).