“現代人能將粒子加速到什麼數量級？”透過高能加速器，科學家可以將帶電粒子加速到光速的99.9999991%，該速度由世界最大的超級加速器——大型強子對撞機（Large Hadron Collider），滿功率下實現。
粒子加速器可以簡單理解成加速帶電粒子的機器，雖然在許多科普類影片中我們看到的粒子加速器往往非常龐大複雜，但是從工作原理來說它其實是非常簡單的，既對電場與磁場的控制。粒子加速器中的帶電粒子主要包括正反質子、正反電子和重離子等，當帶電粒子進入加速器後，會從電場獲得加速能量，由於洛倫茲力的影響，運動中的帶電粒子束可以透過磁場被導引、約束或者聚集。
粒子加速器不僅僅是科學家探索物質內部結構的工具，現代社會的方方面面其實都離不開粒子加速器，比如機場車站使用的安檢儀其實就利用到了粒子加速器原理，而醫療衛生、國防軍事方面粒子加速器同樣有著更為重要的貢獻。
雖然帶電粒子由於電荷的“同性相斥、異性相吸”原理可以在電場中獲得加速效果，但是早期的粒子加速器是結構簡單的直線型加速器，帶電粒子僅能透過高壓電場進行一次加速，要想提高加速效果，則必須進行多個加速器串聯或者為加速器提高更高電壓的電場，但這兩點在當時受到了成本、裝置體積以及技術條件的諸多限制。
1930年，美國科學家歐內斯特·勞倫斯提出了迴旋加速器的概念，簡單來說就是讓加速後的帶電粒子垂直進入勻強磁場，由於洛倫茲力的影響，粒子在磁場中會做圓周運動，做圓周運動的粒子可以重新進入加速電場實現多次加速。1932年勞倫斯設計建造了第一臺迴旋加速器，從結構上來看，該加速器由兩個半圓形的金屬扁盒（D形盒）組成，兩個D形盒的空隙處是交變的加速電場，電場的變化頻率和粒子的週期運動頻率相同，兩個D形盒放置於勻強磁場之中。當帶電粒子從中心射出後，首先會經過一個電場的加速，由於磁場的執行，其運動軌跡會偏轉為弧線，從而進入另一個電場中被加速，因此帶電粒子在迴旋加速器中每轉一圈就會被加速兩次。
雖然迴旋加速器由於獨特的設計實現了多級加速的效果，但是由於粒子在高速運動狀態下的相對論效應，早期的迴旋加速器依然是無法把粒子加速到理想的能量狀態的。我們知道由於質速關係的影響，帶電粒子的速度越大，其相對論質量也會越大，由此便難以實現粒子的運動週期和交變電場的同步變化。為了解決這些問題，迴旋加速器由發展出依靠改變磁場強度來抵消相對論效應的扇形聚焦迴旋加速器和依靠改變電場頻率來適應相對論效應的同步迴旋加速器，其中扇形聚焦迴旋加速器由於需要對磁場調控，大量的超導材料和磁鐵的使用需要較高的成本，而同步迴旋加速器由於採用了調頻技術，所以其內部被加速的粒子束其實是脈衝型的。
對撞機是科學家利用粒子加速器原理來探索物質結構、檢驗物理理論的裝置，簡單來說就是帶電粒子被加速器加速後，透過粒子的碰撞來探究粒子內部的結構，粒子的運動速度越快，粒子本身也就被撞的越“散”，因此對撞機對粒子的運動速度要求是越快越好，這是對撞機中粒子為什麼要“對撞”的原因。為例實現粒子的對撞，加速器往往設計成環形結構，當粒子在加速器中被加速到指定能量狀態後，便會透過磁場引入到對撞區域，在對撞區有大量的探測儀器監測碰撞過程。
不論是電子還是質子，這些微觀物質的質量是非常小的，因此在電場的作用下它們很容易被加速到很高的速度，但是同樣由於質量的存在，加速器中的帶電粒子依然會受到質增效應的影響，既任何具有靜止質量的物質隨著速度的升高，其相對論質量也會增大，而質量越大的物質是越難以被加速的，這就造成一種迴圈的矛盾，既速度越快，粒子的質量越大，質量越大越難以被加速，要想獲得更高的速度就需要更多的能量，而更多的能量又會帶來更高的速度與質量，因此加速器中的帶電粒子永遠無法達到光速，因為我們不可能提供無窮多的能量。
世界上最大的大型強子對撞機（Large Hadron Collider）可以將內部的質子加速到 7 TeV ，既粒子速度高達光速的99.9999991%，粒子束每秒可以在周長為26.6公里的隧道內飛行11245圈。
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“現代人能將粒子加速到什麼數量級？”透過高能加速器，科學家可以將帶電粒子加速到光速的99.9999991%，該速度由世界最大的超級加速器——大型強子對撞機（Large Hadron Collider），滿功率下實現。
粒子加速器的工作原理粒子加速器可以簡單理解成加速帶電粒子的機器，雖然在許多科普類影片中我們看到的粒子加速器往往非常龐大複雜，但是從工作原理來說它其實是非常簡單的，既對電場與磁場的控制。粒子加速器中的帶電粒子主要包括正反質子、正反電子和重離子等，當帶電粒子進入加速器後，會從電場獲得加速能量，由於洛倫茲力的影響，運動中的帶電粒子束可以透過磁場被導引、約束或者聚集。
粒子加速器不僅僅是科學家探索物質內部結構的工具，現代社會的方方面面其實都離不開粒子加速器，比如機場車站使用的安檢儀其實就利用到了粒子加速器原理，而醫療衛生、國防軍事方面粒子加速器同樣有著更為重要的貢獻。
粒子加速器與對撞機雖然帶電粒子由於電荷的“同性相斥、異性相吸”原理可以在電場中獲得加速效果，但是早期的粒子加速器是結構簡單的直線型加速器，帶電粒子僅能透過高壓電場進行一次加速，要想提高加速效果，則必須進行多個加速器串聯或者為加速器提高更高電壓的電場，但這兩點在當時受到了成本、裝置體積以及技術條件的諸多限制。
1930年，美國科學家歐內斯特·勞倫斯提出了迴旋加速器的概念，簡單來說就是讓加速後的帶電粒子垂直進入勻強磁場，由於洛倫茲力的影響，粒子在磁場中會做圓周運動，做圓周運動的粒子可以重新進入加速電場實現多次加速。1932年勞倫斯設計建造了第一臺迴旋加速器，從結構上來看，該加速器由兩個半圓形的金屬扁盒（D形盒）組成，兩個D形盒的空隙處是交變的加速電場，電場的變化頻率和粒子的週期運動頻率相同，兩個D形盒放置於勻強磁場之中。當帶電粒子從中心射出後，首先會經過一個電場的加速，由於磁場的執行，其運動軌跡會偏轉為弧線，從而進入另一個電場中被加速，因此帶電粒子在迴旋加速器中每轉一圈就會被加速兩次。
雖然迴旋加速器由於獨特的設計實現了多級加速的效果，但是由於粒子在高速運動狀態下的相對論效應，早期的迴旋加速器依然是無法把粒子加速到理想的能量狀態的。我們知道由於質速關係的影響，帶電粒子的速度越大，其相對論質量也會越大，由此便難以實現粒子的運動週期和交變電場的同步變化。為了解決這些問題，迴旋加速器由發展出依靠改變磁場強度來抵消相對論效應的扇形聚焦迴旋加速器和依靠改變電場頻率來適應相對論效應的同步迴旋加速器，其中扇形聚焦迴旋加速器由於需要對磁場調控，大量的超導材料和磁鐵的使用需要較高的成本，而同步迴旋加速器由於採用了調頻技術，所以其內部被加速的粒子束其實是脈衝型的。
對撞機是科學家利用粒子加速器原理來探索物質結構、檢驗物理理論的裝置，簡單來說就是帶電粒子被加速器加速後，透過粒子的碰撞來探究粒子內部的結構，粒子的運動速度越快，粒子本身也就被撞的越“散”，因此對撞機對粒子的運動速度要求是越快越好，這是對撞機中粒子為什麼要“對撞”的原因。為例實現粒子的對撞，加速器往往設計成環形結構，當粒子在加速器中被加速到指定能量狀態後，便會透過磁場引入到對撞區域，在對撞區有大量的探測儀器監測碰撞過程。
加速器中的粒子能跑多快？不論是電子還是質子，這些微觀物質的質量是非常小的，因此在電場的作用下它們很容易被加速到很高的速度，但是同樣由於質量的存在，加速器中的帶電粒子依然會受到質增效應的影響，既任何具有靜止質量的物質隨著速度的升高，其相對論質量也會增大，而質量越大的物質是越難以被加速的，這就造成一種迴圈的矛盾，既速度越快，粒子的質量越大，質量越大越難以被加速，要想獲得更高的速度就需要更多的能量，而更多的能量又會帶來更高的速度與質量，因此加速器中的帶電粒子永遠無法達到光速，因為我們不可能提供無窮多的能量。
世界上最大的大型強子對撞機（Large Hadron Collider）可以將內部的質子加速到 7 TeV ，既粒子速度高達光速的99.9999991%，粒子束每秒可以在周長為26.6公里的隧道內飛行11245圈。
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