Acceleratorfysik – inledning
Inom elementarpartikelfysiken jobbar man med mycket små objekt. Då man undersöker dessa
partiklar är det omöjligt att använda vanliga mikroskop som fungerar optiskt. Ljusvåglängden
är på tok för stor för att kunna avbilda mikrovärldens objekt. Inte heller kan man använda de
kortare de Broglie-våglängder för elektroner i elektronmikroskop. Det som återstår är betydligt radikalare metoder. I praktiken låter man laddade partiklar som elektroner eller protoner
accelereras till hastigheter ytterst nära ljushatigheten. När den kinetiska energin är tillräckligt
stor, får partiklarna kollidera med strålmål. Delar av den kinetiska energin kan då bilda nya
elementarpartiklar. Dessa undersöks sedan i olika detektorer. Systemet accelerator/detektorer
är med andra ord en sorts mikroskop som används då ytterst små objekt- elementarpartiklarna
– undersöks.
Då partiklar accelereras utnyttjar man deras laddning. I ett elektriskt fält E påverkas en
partikel med laddningen q av kraften
F = qE
Eftersom arbete har definitionen
W = F ⋅ x , där x är en förskjutning, kan vi konstatera (skalärt):
U
W = Fx = qEx = q ⋅ ⋅ x = qU
x
Där U är en potentialskillnad mellan en laddnings startpunkt och den punkt den förskjuts till.
I klarspråk betyder W = qU att potentialskillnaden eller spänningen U utför ett arbete på
partikeln och detta arbete ger en förändring av partikelns kinetiska energi.
Bilden visar principen. Här har vi två
metallplattor med hål i mitten för att
partiklarna skall kunna passera genom
systemet. Potentialskillnaden U mellan
plattorna kan ge partikeln (som på bilden har
q<0) en större kinetisk energi.
Inom partikelfysiken används ofta energienheten elektronvolt (eV), vilket direkt
sammanhänger med idén ovan. En partikel som har enhetsladdningen q = ±1,602 ⋅ 10 −19 C , får
1
om man accelererar den över spänningen 1 V en förändring i den kinetiska energin
motsvarande 1 eV. Om partikeln har dubbel enhetsladdning får den motsvarande en
förändring på 2 eV i sin kinetiska energi o.s.v.
Förutom elektriska fält kan man i en accelerator använda magnetiska fält, som påverkar
laddade partiklar med kraften
F = qv × B .
Det vanliga fallet är att elektriska fält accelererar partiklar, medan magnetfält används för att
styra och fokusera partikelskurar. Mera om detta följer senare.
2
