Parçacık Hızlandırıcı Nasıl Çalışır?

Bir parçacık hızlandırıcı, yüklü parçacıkları hızlandırmak için elektrik alanlarını, büyük hızlarda, bazen de ışık hızının önemli fraksiyonlarını hızlandırmak için kullanan bir fizik cihazdır. Parçacık hızlandırıcılarında bulunabilen yaygın parçacıklar, atomun yapı taşları olan protonları ve elektronları içerir.

Küçük parçacıkların yüksek hız ve enerjilerdeki davranışlarını gözlemlemek için ve ayrıca belirli bir elektromanyetik radyasyon türünü üretmek gibi daha günlük amaçlar için bir parçacık hızlandırıcı kullanılır. Parçacık hızlandırıcıları, çoğu zaman temel bileşenlerini ortaya çıkaran parçacıkları birbirine çok yüksek hızlarda parçalamak için kullanılır. X ışını jeneratörü ve televizyon seti, yüksek enerjili fizik deneylerinde kullanılan daha büyük kuzenleri ile aynı temel tasarıma sahip olan partikül hızlandırıcıların ortak örnekleridir. Bir parçacık hızlandırıcı iki kategoriden birine girer: dairesel veya doğrusal.

Dairesel bir parçacık hızlandırıcıda, parçacıklar sürekli bir dairesel yolda hızlandırılır. Bu düzenlemenin avantajı, partikülün donanımdan tasarruf sağlayarak birçok kez bir daireye yönlendirilebilmesidir. Dezavantajı, dairesel hızlandırıcılardaki parçacıkların senkrotron radyasyonu adı verilen elektromanyetik radyasyon yayan olmasıdır. Momentleri sürekli olarak daireye teğet bir yörüngede uçmalarını teşvik ettiği için, onları dairesel yolda tutmak için sürekli olarak enerji harcanmalıdır, yani dairesel parçacık hızlandırıcıları daha az verimlidir. Büyük hızlandırıcılarda, senkrotron radyasyonu o kadar yoğundur ki, güvenlik standartlarını sağlamak için tüm hızlandırıcının yeraltına gömülmesi gerekir. Illinois'deki Fermilab partikül hızlandırıcısı, 4 mil (6,43 km) dairesel bir patikaya sahiptir.

Doğrusal hızlandırıcılar, parçacıkları sabit bir hedefe düz bir çizgide ateşler. Televizyonunuzdaki katod ışın tüpü, ekrandaki cam plakadaki görünür ışık aralığında fotonları ateşleyen düşük enerjili bir parçacık hızlandırıcısıdır. Foton akışı, ekranı piksellerle doldurmak için sürekli olarak yönlendiriliyor. Bu yönlendirme, değişen foton akışını sürekli bir görüntü olarak algıladığımız kadar hızlı gerçekleşir.

Fizik uygulamalarında yüksek enerjili doğrusal hızlandırıcılar veya bağlar kullanılır. Bir dizi plaka alternatif olarak, yüklü parçacıkları kendi içlerinde hareket ederek, henüz geçmediğinde parçacıkları ileri çeken ve onlardan sonra uzağa doğru iterek çekip itmektedir. Bu şekilde, değişken elektrik alanları, parçacık akışlarını çok yüksek hızlara ve enerjilere hızlandırmak için kullanılabilir. Fizikçiler bu hızlandırıcıları, yıldızların merkezinde veya evrenin başlangıcındaki gibi egzotik koşulları simüle etmek için kullanırlar. Parçacık fiziğinin Standart Modeli tarafından açıklanan "parçacık hayvanat bahçesi", parçacık hızlandırıcı deneylerinde aşamalı olarak ortaya çıkarıldı. En büyük doğrusal parçacık hızlandırıcı, 2 mil uzunluğunda (3,2 km) Stanford Linear Accelerator'dır.