加速器“狂飙”：如何让粒子跑得比F1赛车还快？
日期：2025-02-16
来源：BRTV纪实科教
当你听到“加速器”，第一反应可能是汽车的油门踏板，但物理学家们的加速器可不是用来飙车的——它们能让微小的粒子以接近光速运动，并用这些“超能粒子”来探索物质的深层奥秘。
那么，加速器是怎么工作的？
它们真的能让粒子“狂飙”到比F1赛车还快吗？
那这么高的速度到底有什么用？
……
本期「科普中国·直击最前沿」带你揭秘这个科技界的超级神器——粒子加速器。
超高速撞击
加速器用来做什么？
你是否好奇，科学家是如何研究比头发丝还细万亿倍的原子核的？
想象一下，你想看看核桃里面是什么，但又不能直接剥开，而最简单的方法就是用力砸开它……
物理学家利用加速器让粒子“狂飙”，用超高速的粒子撞击原子核，通过分析“碎片”来推测它的内部结构。
那么，这些粒子到底能跑多快？
答案是——接近光速！也就是说一秒钟能绕地球七圈还多！
高能物理的“F1赛道? 加速器是怎么工作的？
加速器的原理听起来很简单：用电场不断加速粒子，让它们跑得越来越快。就像弹弓一样，你拉得越紧，弹出去的速度就越快。? 但要让粒子加速到接近光速，靠普通的电池是不行的。科学家们想出了各种“黑科技”，比如：
磁场操控｜强磁场像是“方向盘”，让粒子沿着轨道前进。
射频腔加速｜高频电磁波不断“推”着粒子，让它们获得更高的能量。
飞秒激光加速｜飞秒是时间单位。这种技术让加速器变得更小更高效，可能会彻底改变未来的加速器设计。
而在日常生活中，飞秒激光技术最为大家熟知的用途可能就是近视矫正手术。
普通激光可以做的工作，飞秒激光可以做得更好，并在加工制造、医疗、国防及科研等多个领域不断展现出巨大应用潜力。
不仅仅是探索宇宙
加速器的隐藏技能！
你可能会问，这些快到离谱的粒子，除了研究物理外还有别的用处吗？
答案是：当然有！
医学领域加速器可以用来治疗癌症，像“质子刀”一样精准摧毁癌细胞。或许可以加速我国医疗设施水平弯道超车，为老百姓带来更多福祉。
芯片制造
加速器帮助制造更先进的半导体，可以让你的手机变得更快更智能。
文物鉴定
考古学家利用加速器分析文物的年代，比如三星堆遗址的碳14检测。
空间探索NASA
也在研究如何用加速器模拟宇宙射线的影响，尝试为未来的太空旅行做准备。
未来展望
激光加速器来了！
传统加速器体积庞大，比如欧洲的LHC（大型强子对撞机）周长长达27公里，相当于一整座城市的大小。
但科学家正在开发一种新型的“激光加速器”，利用飞秒激光（比眨眼还快百万倍的光脉冲）让粒子在极短时间内获得超高能量。
这种技术可能让加速器缩小到实验室甚至医院病房里，从而彻底改变癌症治疗、材料科学和能源研究……未来，或许我们每个人的生活都会和加速器产生联系！
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《科普中国直击最前沿》是中国科协科普部与北京广播电视台联合打造的国内首档科学家演讲节目。
目前已邀请中国工程院孙宝国院士、中国工程院金涌院士、中国工程院樊代明院士、中国工程院卢春房院士、中国工程院苏东林院士、中国工程院谢玉洪院士、中国工程院王浩院士、中国工程院武强院士、中国科学院高福院士、中国科学院外籍院士王中林、中国工程院沈政昌院士等14位院士以及100余位知名科学家登台开讲。
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