อนุภาค ในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 เราได้ค้นพบโครงสร้างของอะตอม เราพบว่าอะตอมประกอบด้วยชิ้นส่วนเล็กๆ ที่เรียกว่าอนุภาค ย่อยของอะตอมโดยเฉพาะโปรตอน นิวตรอนและอิเล็กตรอน อย่างไรก็ตาม การทดลองที่ดำเนินการในช่วงครึ่งหลังของศตวรรษที่ 20 ด้วยเครื่องทุบอะตอมหรือเครื่องเร่งอนุภาค เปิดเผยว่าโครงสร้างอะตอมของอะตอมนั้นซับซ้อนกว่ามาก เครื่องเร่งอนุภาคสามารถนำอนุภาค เช่น อิเล็กตรอนเร่งความเร็วให้เข้าใกล้ความเร็วแสงชนกับอะตอม

ด้วยเหตุนี้จึงค้นพบชิ้นส่วนภายในของมัน ในบทความนี้ เราจะมาดูกันว่าอุปกรณ์ที่น่าทึ่งเหล่านี้ และผลลัพธ์ที่ได้บอกเราเกี่ยวกับโครงสร้างพื้นฐานของสสาร แรงที่ยึดสสารไว้ด้วยกันและจุดกำเนิดของจักรวาลได้อย่างไร ในช่วงทศวรรษที่ 1930 นักวิทยาศาสตร์ได้ทำการตรวจสอบรังสีคอสมิก เมื่ออนุภาคพลังงานสูง โปรตอนจากอวกาศเหล่านี้กระทบกับอะตอมของตะกั่ว เช่น นิวเคลียสของอะตอม  อนุภาค ขนาดเล็กจำนวนมากจะถูกพ่นออกมา

อนุภาคเหล่านี้ไม่ใช่โปรตอนหรือนิวตรอนแต่มีขนาดเล็กกว่ามาก ดังนั้น นักวิทยาศาสตร์สรุปว่านิวเคลียสต้องสร้างจากอนุภาค มูลฐานที่เล็กกว่า การค้นหาอนุภาคเหล่านี้เริ่มต้นขึ้น ในเวลานั้น วิธีเดียวที่จะชนอนุภาคที่มีพลังงานสูงกับอะตอมได้คือไปที่ยอดเขาซึ่งมีรังสีคอสมิกอยู่ทั่วไป และทำการทดลองที่นั่น อย่างไรก็ตาม ในไม่ช้านักฟิสิกส์ได้สร้างอุปกรณ์ที่เรียกว่าเครื่องเร่งอนุภาคหรือเครื่องตีอะตอม ในอุปกรณ์เหล่านี้คุณจะเร่งอนุภาคให้มีความเร็วสูง พลังงานจลน์สูง

รวมถึงชนกับอะตอมเป้าหมาย ชิ้นส่วนที่เกิดจากการชน รวมทั้งรังสีที่ปล่อยออกมาจะถูกตรวจจับและวิเคราะห์ ข้อมูลบอกเราเกี่ยวกับ อนุภาค ที่ประกอบเป็นอะตอม และแรงที่ยึดอะตอมไว้ด้วยกัน การทดลองเครื่องเร่งอนุภาคได้รับการอธิบายว่า เป็นการกำหนดโครงสร้างของโทรทัศน์โดยดูจากชิ้นส่วน หลังจากถูกทิ้งลงมาจากตึกเอ็มไพร์สเตต เครื่องเร่งอนุภาค คุณรู้หรือไม่ว่าตอนนี้คุณมีเครื่องเร่งอนุภาคชนิดหนึ่งอยู่ในบ้านแล้ว ในความเป็นจริงคุณอาจกำลังอ่านบทความนี้ด้วย

หลอดรังสีแคโทด CRT ของทีวีหรือจอคอมพิวเตอร์เป็นเครื่องเร่งอนุภาคจริงๆ CRT นำ อนุภาค  อิเล็กตรอนจากแคโทดเร่งความเร็วและเปลี่ยนทิศทาง โดยใช้แม่เหล็กไฟฟ้าในสุญญากาศ แล้วแตกออกเป็นโมเลกุลของสารเรืองแสงบนหน้าจอ การชนกันทำให้เกิดจุดสว่าง หรือพิกเซลบนทีวีหรือจอคอมพิวเตอร์ของคุณ เครื่องเร่งอนุภาคทำงานในลักษณะเดียวกัน ยกเว้นว่ามีขนาดใหญ่กว่ามาก อนุภาคเคลื่อนที่เร็วกว่ามาก ใกล้ความเร็วแสงและการชนกันส่งผลให้มีอนุภาคย่อย

รวมถึงรังสีนิวเคลียร์ประเภทต่างๆมากขึ้น อนุภาคถูกเร่งโดยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าภายในอุปกรณ์ ในลักษณะเดียวกับที่นักโต้คลื่นถูกคลื่นผลัก ยิ่งเราสามารถสร้างอนุภาคได้มากเท่าไหร่ เราก็ยิ่งเห็นโครงสร้างของสสารได้ดีขึ้นเท่านั้น มันเหมือนกับการทำลายแร็คในเกมบิลเลียด เมื่อลูกคิวบอลอนุภาคที่มีพลังงานเร็วขึ้นมันจะได้รับพลังงานมากขึ้น จึงสามารถกระจายชั้นวางลูกบอลได้ดีขึ้นปล่อยอนุภาค มากขึ้น เครื่องเร่งอนุภาคมี 2 ประเภทพื้นฐาน

เชิงเส้น-อนุภาคเคลื่อนที่ไปตามทางตรงยาวและชนกับเป้าหมาย วงกลม-อนุภาคเคลื่อนที่เป็นวงกลมจนกว่าจะชนกับเป้าหมาย ในเครื่องเร่งความเร็วเชิงเส้นอนุภาคจะเคลื่อนที่ในสุญญากาศไปตามท่อทองแดงยาวๆ อิเล็กตรอนขี่คลื่นที่เกิดจากเครื่องกำเนิดคลื่นที่เรียกว่าไครสตรอน แม่เหล็กไฟฟ้าจะกักอนุภาคไว้ในลำแสงแคบๆ เมื่อลำอนุภาคกระทบเป้าหมายที่ปลายอุโมงค์ เครื่องตรวจจับต่างๆจะบันทึกเหตุการณ์ อนุภาคของอะตอมและรังสีที่ปล่อยออกมา

เครื่องเร่งความเร็วเหล่านี้มีขนาดใหญ่และถูกเก็บไว้ใต้ดิน ตัวอย่างของเครื่องเร่งความเร็วเชิงเส้นคือ linac ที่ห้องปฏิบัติการเครื่องเร่งความเร็วเชิงเส้นสแตนฟอร์ด SLAC ในแคลิฟอร์เนีย ซึ่งมีความยาว 1.8 ไมล์ประมาณ 3 กิโลเมตร ตัวเร่งความเร็วแบบวงกลมทำงานโดยพื้นฐานแล้วเหมือนกับ linacs อย่างไรก็ตามแทนที่จะใช้รางเชิงเส้นยาว พวกมันขับเคลื่อน อนุภาค ไปรอบๆรางวงกลมหลายๆครั้ง ในแต่ละรอบสนามแม่เหล็กจะแข็งแกร่งขึ้น

เพื่อให้ลำอนุภาคเร่งความเร็วขึ้นในแต่ละรอบที่ต่อเนื่องกัน เมื่ออนุภาคอยู่ที่ระดับพลังงานสูงสุดหรือที่ต้องการ เป้าหมายจะถูกวางไว้ในเส้นทางของลำแสงหรือใกล้กับเครื่องตรวจจับ เครื่องเร่งความเร็วแบบวงกลมเป็นเครื่องเร่งความเร็วประเภทแรกที่ประดิษฐ์ขึ้นในปี 1929 ที่จริงแล้วไซโคลตรอนเครื่องแรก มีเส้นผ่านศูนย์กลางเพียง 4 นิ้วประมาณ 10 เซนติเมตร เครื่องไซโคลตรอนของลอว์เรนซ์ใช้แม่เหล็กรูปตัว D 2 ตัว เรียกว่า Dee คั่นด้วยช่องว่างเล็กๆ

แม่เหล็กสร้างสนามแม่เหล็กเป็นวงกลม แรงดันไฟฟ้าสั่นสร้างสนามไฟฟ้าทั่วช่องว่างเพื่อเร่งอนุภาค ไอออนในแต่ละรอบ เมื่ออนุภาคเคลื่อนที่เร็วขึ้น รัศมีของเส้นทางวงกลมก็จะใหญ่ขึ้น จนกระทั่งไปชนเป้าหมายที่อยู่วงนอกสุด ไซโคลตรอนของลอว์เรนซ์มีประสิทธิภาพ แต่ไม่สามารถเข้าถึงพลังงานที่เครื่องเร่งความเร็วแบบวงกลมสมัยใหม่ทำได้ เครื่องเร่งความเร็วแบบวงกลมสมัยใหม่วางไครสตรอน และแม่เหล็กไฟฟ้าไว้รอบๆท่อทองแดงทรงกลม เพื่อเร่งความเร็วของอนุภาค

เครื่องเร่งความเร็วแบบวงกลมจำนวนมากยังมีลิแนคสั้นๆ เพื่อเร่งอนุภาคในขั้นต้นก่อนที่จะเข้าสู่วงแหวน ตัวอย่างของเครื่องเร่งอนุภาคแบบวงกลมสมัยใหม่ คือห้องปฏิบัติการเครื่องเร่งอนุภาคแห่งชาติแฟร์มี Fermilab ในรัฐอิลลินอยส์ กินพื้นที่เกือบ 10 ตารางไมล์ประมาณ 25.6 ตารางกิโลเมตร ภายในเครื่องเร่งอนุภาค เครื่องเร่งอนุภาคทั้งหมดไม่ว่าจะเป็นแบบลีแนคหรือแบบวงกลม มีส่วนประกอบพื้นฐานดังต่อไปนี้ แหล่งที่มาของอนุภาค-จัดเตรียมอนุภาคที่จะถูกเร่ง

ท่อทองแดง-ลำอนุภาคเคลื่อนที่ในสุญญากาศภายในท่อนี้ ไครสตรอน-เครื่องกำเนิดไมโครเวฟที่สร้างคลื่นที่อนุภาคเคลื่อนที่ แม่เหล็กไฟฟ้าแบบธรรมดา ตัวนำยวดยิ่ง-กักอนุภาคไว้ในลำแสงแคบๆ ขณะที่พวกมันเคลื่อนที่ในสุญญากาศ และบังคับทิศทางของลำแสงเมื่อจำเป็น เป้าหมาย-สิ่งที่อนุภาคเร่งชนกัน เครื่องตรวจจับ-อุปกรณ์ที่ตรวจสอบชิ้นส่วนและรังสีที่กระเด็นออกมาจากการชนกัน ระบบสุญญากาศ-กำจัดอากาศและฝุ่นละอองออกจากท่อของคันเร่ง

รวมถึงระบบระบายความร้อน-ขจัดความร้อนที่เกิดจากแม่เหล็ก ระบบคอมพิวเตอร์หรืออิเล็กทรอนิกส์-ควบคุมการทำงานของคันเร่งและวิเคราะห์ข้อมูลจากการทดลอง การป้องกัน-ปกป้องผู้ปฏิบัติงาน ช่างเทคนิคและสาธารณชนจากรังสีที่เกิดจากการทดลอง ระบบตรวจสอบ-โทรทัศน์วงจรปิดและเครื่องตรวจจับรังสี เพื่อดูว่าเกิดอะไรขึ้นภายในคันเร่งเพื่อความปลอดภัย ระบบไฟฟ้า-ให้พลังงานไฟฟ้าสำหรับอุปกรณ์ทั้งหมด และวงแหวนจัดเก็บ-จัดเก็บลำแสงอนุภาคไว้ชั่วคราวเมื่อไม่ได้ใช้งาน

บทความที่น่าสนใจ : ข้อมูลสุขภาพของเด็กอายุ 0 ถึง 14 ปี อธิบายรายละเอียดได้ ดังนี้