粒子加速器はどのように機能しますか？

粒子加速器は、電界を使用して荷電粒子を膨大な速度に加速する物理学デバイスであり、時には光の速度の大幅な画分です。 粒子加速器内に見られる一般的な粒子には、陽子と電子、原子の構成要素が含まれます。

粒子加速器は、高速とエネルギーでの小さな粒子の挙動を観察するために使用されます。 粒子加速器は、非常に高速で粒子を互いに粉砕するためによく使用され、より基本的な成分を明らかにします。 X線ジェネレーターとテレビセットはどちらも粒子加速器の一般的な例であり、高エネルギー物理学実験で使用されている大規模ないとこと同じ基本設計を備えています。 粒子加速器は、円形または線形の2つのカテゴリのいずれかに分類されます。

円形の粒子加速器では、粒子は連続的な円形経路で加速されます。 この配置の利点は、粒子を何度も円に導き、ハードウェアを保存できることです。 欠点は、円形の加速器の粒子がシンクロトロン放射と呼ばれる電磁放射を放出することです。 彼らの勢いは絶えずサークルに接線方向に飛び出すことを常に奨励しているため、円形の粒子加速器の効率が低いことを意味する、円形の経路を維持するためにエネルギーを継続的に消費する必要があります。 大きな加速器では、シンクロトロン放射は非常に強烈であるため、安全基準を維持するためにアクセル全体を地下に埋めなければなりません。イリノイ州のフェルミラブ粒子アクセラレータの円形経路は4マイル（6.43 km）です。

線形加速器は、固定ターゲットで直線で粒子を発射します。 テレビのカソード光線チューブは、低エネルギーの粒子加速器です。ガラス板、スクリーンの可視光の範囲で光子を発射します。 光子の流れは、画面をピクセルで満たすように常にリダイレクトされています。 このリダイレクトは、光子の交互の流れを連続画像として認識するほど十分に速く発生します。

高エネルギー線形加速器、または LINACS は、物理アプリケーションで使用されます。 一連のプレートは、それらを通り抜ける荷電粒子を引き付けて反発し、粒子がまだ通過していないときに前方に引っ張り、それらを持ってから押しのけます。 このようにして、交互の電界を使用して、粒子の流れを非常に高い速度とエネルギーに加速させることができます。 物理学者は、これらの加速器を使用して、星の中心にあるエキゾチックな条件や宇宙の始まりの近くにシミュレートします。 粒子物理学の標準モデルによって記述された「粒子動物園」は、粒子加速度の実験で徐々に発見されました。最大の線形粒子アクセルエレーターは、長さ2マイル（3.2 km）のスタンフォード線形アクセラレータです。