Hoe werkt een deeltjesversneller?
Een deeltjesversneller is een fysica -apparaat dat elektrische velden gebruikt om geladen deeltjes te versnellen tot enorme snelheden, soms significante fracties van de snelheid van het licht. Veel voorkomende deeltjes die kunnen worden gevonden in deeltjesversnellers omvatten protonen en elektronen, de bouwstenen van het atoom.
Een deeltjesversneller wordt gebruikt om het gedrag van kleine deeltjes bij hoge snelheden en energieën te observeren, evenals voor meer dagelijkse doeleinden zoals het genereren van een specifieke soort elektromagnetische straling. Deeltjesversnellers worden vaak gebruikt om deeltjes tegen elkaar te slaan bij zeer hoge snelheden, waardoor hun meer fundamentele componenten worden onthuld. De röntgengenerator en de televisietoestel zijn beide gebruikelijke voorbeelden van deeltjesversnellers, met hetzelfde basisontwerp als hun grotere neven en nichten die worden gebruikt in hoog-energetische fysica-experimenten. Een deeltjesversneller valt in een van de twee categorieën: cirkelvormig of lineair.
In een cirkelvormige deeltjesversneller worden deeltjes versneld in een continu circulair pad. Het voordeel van deze opstelling is dat het deeltje vaak in een cirkel kan worden gericht, waardoor hardware wordt bespaard. Het nadeel is dat deeltjes in circulaire versnellers elektromagnetische straling uitzenden, synchrotronstraling genoemd. Omdat hun momentum hen voortdurend aanmoedigt om op een traject tangentiaal naar de cirkel te vliegen, moet energie continu worden besteed om ze op het cirkelvormige pad te houden, wat betekent dat cirkelvormige deeltjesversnellers minder efficiënt zijn. In grote versnellers is synchrotronstraling zo intens dat de hele gaspedaal ondergronds moet worden begraven om de veiligheidsnormen te handhaven. Het Fermilab -deeltjesversneller in Illinois heeft een cirkelvormig pad van 4 mijl (6,43 km).
Lineaire versnellers schieten deeltjes in een rechte lijn op een vast doelwit. De kathodestraalbuis in uw televisie is een versneller met weinig energie, dieVuurt fotonen in het zichtbare lichtbereik op een glazen plaat, het scherm. De stroom fotonen wordt constant omgeleid om het scherm met pixels te vullen. Deze omleiding vindt snel genoeg plaats om de afwisselende stroom fotonen als een continu beeld te zien.
Lineaire versnellers met hoge energie, of linacs , worden gebruikt in fysische toepassingen. Een reeks platen, alternatief, trekt en steert de geladen deeltjes af die erdoorheen bewegen, en trekken deeltjes naar voren wanneer ze het nog niet hebben gepasseerd en ze wegduwen nadat ze dat hebben gedaan. Op deze manier kunnen afwisselend elektrische velden worden gebruikt om stromen van deeltjes te versnellen tot zeer hoge snelheden en energieën. Natuurkundigen gebruiken deze versnellers om exotische omstandigheden te simuleren, zoals die in het midden van sterren of aan het begin van het universum. De "deeltjesentuinen" beschreven door het standaardmodel van deeltjesfysica werd incrementeel ontdekt in experimenten met deeltjesversneller. De grootste lineaire deeltjesversnellingErator is de stanford lineaire versneller met een lengte van 2 mijl (3,2 km).