粒子加速器是一种机器

粒子加速器是可以加速组成宇宙中所有物质的粒子并使其相互碰撞或撞击靶的装置。这使得科学家们能够研究这些粒子以及塑造它们的力量。

具体来说，粒子加速器能够加速带电粒子。这些粒子带正电或负电，例如质子、原子核以及绕着原子核运动的电子。在一些情况下，这些粒子可以接近光速。

当粒子与靶物或其他粒子碰撞时，产生的碰撞可能会释放能量，产生核反应，撒播粒子并产生其他粒子，如中子。这为科学家提供了一个了解原子、原子核和核子团聚合的世界以及希格斯玻色子等粒子的视角。

这些粒子和力量是粒子物理学标准模型的研究对象。科学家们通过研究这些粒子的相互作用，得到了对控制我们世界在微观尺度上行为的量子物理学的深刻见解。在量子世界中，我们日常生活中所运用的经典牛顿物理学已经不能够充分解释粒子之间的相互作用了。

这些机器是如何加速粒子的呢？它们将粒子注入到“梁线”中。这是一条管道，保持极低空气压以避免环境中可能干扰粒子在加速器中行驶的空气和灰尘。

注入加速器中的粒子被称为“粒子束”。一系列的电磁铁能够引导和聚焦这个粒子束。在线性加速器或者LINAC（读作“莱因奥克”或者“林奥克”）中，粒子向着固定的靶子直线发射。在环形加速器中，粒子沿着一个环形轨道高速旋转。相比于线性加速器，环形加速器可以在占用更少的空间的情况下加速粒子，但它们的建造和操作往往更加复杂。不过，由于粒子是沿着轨道旋转，环形加速器会创造更多的粒子碰撞机会。

粒子在被称为粒子探测器的设备中相互碰撞或与目标相碰撞。该设备可以测量粒子的速度、质量和电荷。这些信息让科学家们能够确定碰撞产生了哪些类型的粒子。

"Fast Facts" 的翻译为"快速事实"。

DOE科学办公室：对粒子加速器的贡献

能源科学部高能物理和核物理计划主要通过支持粒子加速器和使用这些设备的研究来实现。这些计划资助全国范围内的粒子加速器。阿贡国家实验室的阿贡串联线性加速器系统（ATLAS）是重离子超导线性加速器的第一台设备。布鲁克黑文国家实验室的相对论重离子对撞机（RHIC）是世界上第一台重离子对撞机，能够处理金离子和极化质子等粒子。布鲁克黑文实验室还拥有加速器测试设施，为科学家研究粒子加速和辐射产生提供设备。

费米国家加速器实验室是美国粒子物理学的核心实验室。费米曾经拥有世界上最强大的加速器——德瓦特龙，但在2009年被大型强子对撞机取代。托马斯杰斐逊国家加速器设有连续电子束加速器设施，帮助科学家研究质子和中子的结构。密歇根州立大学的稀有同位素束设备是用于研究奇异核，特别是同位素的线性加速器。SLAC国家加速器实验室于1962年开始运营线性粒子加速器。如今，SLAC为全球设施提供先进的加速器设计研究支持。