En partikelaccelerator är en fysikanordning som använder elektriska fält för att accelerera laddade partiklar till enorma hastigheter, ibland betydande bråkdelar av ljusets hastighet. Vanliga partiklar som kan hittas i partikelacceleratorer inkluderar protoner och elektroner, atomens byggstenar.
En partikelaccelerator används för att observera beteendet hos små partiklar vid höga hastigheter och energier, samt för mer vardagliga ändamål som att generera en specifik sorts elektromagnetisk strålning. Partikelacceleratorer används ofta för att krossa partiklar mot varandra i mycket höga hastigheter och avslöja deras mer grundläggande komponenter. Röntgengeneratorn och TV-apparaten är båda vanliga exempel på partikelacceleratorer, med samma grundläggande design som deras större kusiner som används i högenergifysikexperiment. En partikelaccelerator delas in i en av två kategorier: cirkulär eller linjär.
I en cirkulär partikelaccelerator accelereras partiklar i en kontinuerlig cirkulär bana. Fördelen med detta arrangemang är att partikeln kan riktas i en cirkel många gånger, vilket sparar hårdvara. Nackdelen är att partiklar i cirkulära acceleratorer avger elektromagnetisk strålning, kallad synkrotronstrålning. Eftersom deras momentum ständigt uppmuntrar dem att flyga ut på en bana som tangerar cirkeln, måste energi kontinuerligt förbrukas för att hålla dem på den cirkulära banan, vilket innebär att cirkulära partikelacceleratorer är mindre effektiva. I stora acceleratorer är synkrotronstrålningen så intensiv att hela acceleratorn måste begravas under jord för att upprätthålla säkerhetsstandarden. Fermilab-partikelacceleratorn i Illinois har en cirkulär bana på 4 miles (6.43 km).
Linjäracceleratorer avfyrar partiklar i en rak linje mot ett fast mål. Katodstråleröret i din tv är en lågenergipartikelaccelerator, som avfyrar fotoner i det synliga ljusområdet mot en glasplatta, skärmen. Strömmen av fotoner omdirigeras hela tiden för att fylla skärmen med pixlar. Denna omdirigering sker tillräckligt snabbt för att vi uppfattar den alternerande strömmen av fotoner som en kontinuerlig bild.
Linjäracceleratorer med hög energi, eller linacs, används i fysiktillämpningar. En serie plattor attraherar och stöter alternativt bort de laddade partiklarna som rör sig genom dem, drar partiklar framåt när de ännu inte har passerat den och trycker bort dem efter att de har gjort det. På detta sätt kan alternerande elektriska fält användas för att accelerera strömmar av partiklar till mycket höga hastigheter och energier. Fysiker använder dessa acceleratorer för att simulera exotiska förhållanden, som de i mitten av stjärnor eller nära universums början. ”Partikelzoo” som beskrivs av standardmodellen för partikelfysik avslöjades stegvis i experiment med partikelacceleratorer. Den största linjära partikelacceleratorn är Stanford Linear Accelerator med en längd på 2 miles (3.2 km).