Ubrzivač čestica je fizički uređaj koji koristi električna polja za ubrzanje nabijenih čestica do golemih brzina, ponekad značajnih djelića brzine svjetlosti. Uobičajene čestice koje se mogu naći u akceleratorima čestica uključuju protone i elektrone, građevne blokove atoma.
Ubrzivač čestica koristi se za promatranje ponašanja malih čestica pri velikim brzinama i energijama, kao i za više svakodnevne svrhe kao što je generiranje specifične vrste elektromagnetskog zračenja. Akceleratori čestica se često koriste za razbijanje čestica jedna o drugu pri vrlo velikim brzinama, otkrivajući njihove temeljnije komponente. Generator rendgenskih zraka i televizor uobičajeni su primjeri akceleratora čestica, s istim osnovnim dizajnom kao i njihovi veći rođaci koji se koriste u eksperimentima fizike visoke energije. Ubrzivač čestica spada u jednu od dvije kategorije: kružni ili linearni.
U kružnom akceleratoru čestica čestice se ubrzavaju u kontinuiranom kružnom putu. Prednost ovog rasporeda je što se čestica može usmjeriti u krug više puta, štedeći hardver. Nedostatak je što čestice u kružnim akceleratorima emitiraju elektromagnetsko zračenje, koje se naziva sinkrotronsko zračenje. Budući da ih njihov zamah neprestano potiče da odlete na putanji tangencijalnoj na kružnicu, energija se mora kontinuirano trošiti kako bi se zadržali na kružnoj putanji, što znači da su kružni akceleratori čestica manje učinkoviti. U velikim akceleratorima sinkrotronsko zračenje je toliko intenzivno da cijeli akcelerator mora biti zakopan pod zemljom kako bi se održali sigurnosni standardi. Fermilab akcelerator čestica u Illinoisu ima kružnu stazu od 4 milje (6.43 km).
Linearni akceleratori ispaljuju čestice pravocrtno na fiksnu metu. Katodna cijev u vašem televizoru je niskoenergetski akcelerator čestica, koji ispaljuje fotone u rasponu vidljive svjetlosti na staklenu ploču, ekran. Struja fotona se neprestano preusmjerava kako bi ispunila zaslon pikselima. Ovo preusmjeravanje događa se dovoljno brzo da izmjenični tok fotona percipiramo kao kontinuiranu sliku.
Visokoenergetski linearni akceleratori ili linaci koriste se u aplikacijama fizike. Niz ploča naizmjenično privlači i odbija nabijene čestice koje se kreću kroz njih, povlačeći čestice prema naprijed kada ih još nisu prošle, i odgurujući ih nakon što jesu. Na taj se način izmjenična električna polja mogu koristiti za ubrzavanje strujanja čestica do vrlo velikih brzina i energija. Fizičari koriste ove akceleratore za simulaciju egzotičnih uvjeta, poput onih u središtu zvijezda ili blizu početka svemira. “Zoološki vrt čestica” opisan Standardnim modelom fizike čestica otkriven je postepeno u eksperimentima s akceleratorima čestica. Najveći linearni akcelerator čestica je Stanfordski linearni akcelerator s duljinom od 2 milje (3.2 km).