تيار من الجسيمات المسرعة يُستخدم في التجارب.شعاع الجسيمات هو تيار موجه من الجسيمات المشحونة أو المتعادلة، مثل الإلكترونات أو البروتونات أو الأيونات، التي يتم تسريعها إلى سرعات عالية، غالبًا قريبة من سرعة الضوء. تُعد أشعة الجسيمات الأدوات الأساسية لاستكشاف البنية الأساسية للمادة في فيزياء الجسيمات، ولكن لها أيضًا تطبيقات في الطب وعلوم المواد وحتى المعالجة الصناعية. يخضع سلوك أشعة الجسيمات للكهرومغناطيسية والنسبية الخاصة، ويتطلب التحكم فيها مجالات مغناطيسية وكهربائية دقيقة.
ظهر مفهوم شعاع الجسيمات في أوائل القرن العشرين مع تطور أنابيب الأشعة المهبطية، لكن العصر الحديث بدأ باختراع إرنست لورانس للسيكلوترون في عام 1931، مما سمح بتسريع الجسيمات إلى طاقات عالية لتجارب الفيزياء النووية.
تُنتج الجسيمات في مصدر، ثم تُسرع بواسطة مجالات كهربائية في مسرع خطي أو حلقة دائرية. تعمل المجالات المغناطيسية على توجيه الشعاع وتركيزه، مما يبقي الجسيمات على مسار محدد. مع اكتساب الجسيمات للطاقة، تقترب سرعتها من سرعة الضوء، وتصبح التأثيرات النسبية مهمة. يمكن توجيه الشعاع نحو هدف لإنتاج تصادمات، أو استخراجه لاستخدامه في التجارب أو التطبيقات. تتميز جودة الشعاع بمعاملات مثل الشدة، والانبعاثية (الانتشار في الموضع والزخم)، والاستقطاب.
تُستخدم أشعة الجسيمات في علاج السرطان (العلاج بالبروتونات)، وفي مصادر ضوء السنكروترون لأبحاث المواد، وفي المسرعات الصناعية لحقن الأيونات في أشباه الموصلات.
يمكن استخدام أشعة الجسيمات لإنتاج ومضات أشعة سينية في نطاق الأتوثانية، مما يسمح للعلماء بالتقاط حركة الإلكترونات في الزمن الحقيقي.