입자 가속기는 어떻게 작동합니까?

입자 가속기는 전기장을 사용하여 하전 입자를 엄청난 속도, 때로는 빛의 속도의 상당 부분까지 가속시키는 물리 장치입니다. 입자 가속기 내에서 발견 될 수있는 일반적인 입자에는 원자의 구성 요소 인 양성자와 전자가 포함됩니다.

입자 가속기는 특정 속도의 전자기 방사선 생성과 같은 일상적인 목적뿐만 아니라 높은 속도와 에너지에서 작은 입자의 거동을 관찰하는 데 사용됩니다. 입자 가속기는 종종 입자를 매우 빠른 속도로 서로 부딪쳐보다 근본적인 구성 요소를 드러내는 데 사용됩니다. 엑스레이 발생기와 텔레비전 세트는 입자 가속기의 일반적인 예이며, 고 에너지 물리 실험에 사용되는 더 큰 사촌과 동일한 기본 설계를 가지고 있습니다. 입자 가속기는 원형 또는 선형의 두 가지 범주 중 하나에 속합니다.

원형 입자 가속기에서, 입자는 연속적인 원형 경로에서 가속된다. 이 배열의 장점은 입자를 원으로 여러 번 향하게하여 하드웨어를 절약 할 수 있다는 것입니다. 단점은 원형 가속기의 입자가 싱크로트론 방사선이라고하는 전자기 방사선을 방출한다는 것입니다. 운동량은 지속적으로 원에 접하는 궤도로 날아가도록 권장하기 때문에 에너지를 계속 순환 경로에 유지하기 위해 에너지를 소비해야합니다. 대형 가속기에서는 싱크로트론 복사가 너무 강하여 안전 표준을 유지하기 위해 전체 가속기를 지하에 묻어 야합니다. 일리노이의 Fermilab 입자 가속기는 원형 경로가 4 마일 (6.43km)입니다.

선형 가속기는 고정 된 대상에서 직선으로 입자를 발사합니다. 텔레비전의 음극선 관은 저에너지 입자 가속기로 유리판, 화면에서 가시 광선 범위의 광자를 발사합니다. 광자 스트림은 화면을 픽셀로 채우기 위해 지속적으로 리디렉션됩니다. 이 재지향은 교번하는 광자 스트림을 연속 이미지로 인식 할만큼 충분히 빠르게 발생합니다.

고 에너지 선형 가속기 ( linac )는 물리학 응용 분야에 사용됩니다. 대안 적으로 일련의 판은 하전 된 입자를 끌어 당기고 밀어내어 아직 통과하지 않았을 때 입자를 앞으로 끌어 당기고 그 후에 밀어냅니다. 이러한 방식으로, 교번 전기장은 입자의 스트림을 매우 높은 속도 및 에너지로 가속하는데 사용될 수있다. 물리학 자들은이 가속기를 사용하여 별의 중심이나 우주의 시작과 같은 이국적인 조건을 시뮬레이션합니다. 입자 물리학의 표준 모델에 의해 기술 된 "입자 동물원"은 입자 가속기 실험에서 점차적으로 밝혀졌다. 가장 큰 선형 입자 가속기는 3.2km (2 마일) 길이의 스탠포드 선형 가속기입니다.