Hvordan fungerer en partikkelakselerator?
En partikkelakselerator er en fysikkanordning som bruker elektriske felt for å akselerere ladede partikler til enorme hastigheter, noen ganger betydelige brøkdeler av lysets hastighet. Vanlige partikler som finnes i partikkelakseleratorer inkluderer protoner og elektroner, byggesteinene til atomet.
En partikkelakselerator brukes til å observere oppførselen til små partikler med høye hastigheter og energier, så vel som til mer daglige formål som for å generere en spesifikk form for elektromagnetisk stråling. Partikkelakseleratorer blir ofte brukt til å knuse partikler mot hverandre i svært høye hastigheter, og avsløre deres mer grunnleggende komponenter. Røntgengeneratoren og fjernsynsapparatet er begge vanlige eksempler på partikkelakseleratorer, med samme grunnleggende design som deres større kusiner brukt i fysiske eksperimenter med høy energi. En partikkelakselerator faller i en av to kategorier: sirkulær eller lineær.
I en sirkulær partikkelakselerator akselereres partikler i en kontinuerlig sirkulær bane. Fordelen med dette arrangementet er at partikkelen kan rettes i en sirkel mange ganger, og sparer maskinvare. Ulempen er at partikler i sirkulære akseleratorer avgir elektromagnetisk stråling, kalt synkrotronstråling. Fordi momentumet deres stadig oppmuntrer dem til å fly ut på en bane som er tangentiell for sirkelen, må energi kontinuerlig brukes til å holde dem på sirkulær banen, noe som betyr at sirkulære partikkelakseleratorer er mindre effektive. I store akseleratorer er synkrotronstråling så intens at hele gasspedalen må gravlegges under jorden for å opprettholde sikkerhetsstandarder. Fermilab-partikkelakseleratoren i Illinois har en sirkulær bane på 6,63 km.
Lineære akseleratorer avfyrer partikler i en rett linje på et fast mål. Katodestrålerøret i fjernsynet ditt er en partikkelakselerator med lav energi, som skyter fotoner i det synlige lysområdet på en glassplate, på skjermen. Strømmen av fotoner blir kontinuerlig omdirigert for å fylle skjermen med piksler. Denne viderekoblingen skjer raskt nok til at vi oppfatter den vekslende strømmen av fotoner som et kontinuerlig bilde.
Lineære akseleratorer med høy energi, eller linakker , brukes i fysiske applikasjoner. En serie plater tiltrekker og avviser alternativt de ladede partiklene som beveger seg gjennom dem, trekker partiklene fremover når de ennå ikke har passert den, og skyver dem bort etter at de har gjort det. På denne måten kan vekslende elektriske felt brukes til å akselerere strømmer av partikler til meget høye hastigheter og energier. Fysikere bruker disse akseleratorene for å simulere eksotiske forhold, som for eksempel i sentrum av stjerner eller nær begynnelsen av universet. "Partikkelzoo" beskrevet av standardmodellen for partikkelfysikk ble avdekket trinnvis i partikkelakseleratorforsøk. Den største lineære partikkelakseleratoren er Stanford Linear Accelerator med en lengde på 3,2 km.