Parçacık Hızlandırıcıları

Maddenin temel yapı taşlarını ve aralarında etkili olan kuvvetlerin incelenmesi fiziğin temel alanlarından biridir. İncelenen parçacıkların boyutları 10-15 m ye kadar varabilmektedir. Bu ölçekte deneyler yapabilmek için yüksek uzaysal çözünürlük gerekmektedir. 500 nm dalga boyuna sahip görünür ışık bu durumda yetersiz kalır. Yüksek enerjili foton yada parçacık demetleri bu amaçla kullanılabilecek en uygun araçlardır.

Temel parçacık fiziğinin araştırma alanlarından biri de, genellikle çok kısa ömürlü parçacıkların elde etmeye çalışmaktır. Bu tür parçacıkların elde edilmesinde gerekli olan enerji E=mc2 ile verilir. Burada dikkat edilmesi gereken bir nokta çoğu parçacığın anti-parçacıklarıyla birlikte çiftler halinde elde edilebilmesidir. Örneğin pozitronlar yüksek enerjili γ ışınları kullanılarak elektronla birlikte elde edilmektedirler. Buna göre pozitron elde etmek gerekli olan enerji Eγ>2mec2=1.63710-13 J=1.02 eV dur.

Parçacığın hızlanmasında etkili olan kuvvet
Parçacıkların hızları genelde ışık hızına yakın olduğu için, enerjinin relativistik biçimi, , kullanılır. v hızına sahip bir parçacık manyetik alanı ve elektrik alanı olan bir bölgeye girdiğinde, parçacığa etki eden kuvvet (Lorentz kuvveti), olur. Parçacık r1 noktasından r2 noktasına hareket ettiğinde enerjisindeki değişim, olur. Hareket boyunca daima hız vektörü ye paralel olduğundan vektörü ye dik olur. Yani dır. Bu nedenle manyetik alan parçacığın enerjisini değiştirmez. Enerjide bir artışa neden olan bir hızlanma ancak elektrik alanların kullanılmasıyla başarılabilir. Bu durumda kazanılan enerji, ile verilir. Manyetik alan parçacığın enerjisine katkıda bulunmamasına karşın parçacığın hareket doğrultusuna dik kuvvetlere ihtiyaç olduğunda önem teşkil etmektedirler.