Поток ускоренных частиц, используемый в экспериментах.Пучок частиц — это направленный поток заряженных или нейтральных частиц, таких как электроны, протоны или ионы, ускоренных до высоких скоростей, часто близких к скорости света. Пучки частиц являются основным инструментом для изучения фундаментальной структуры материи в физике частиц, но они также находят применение в медицине, материаловедении и даже в промышленной обработке. Поведение пучков частиц описывается электромагнетизмом и специальной теорией относительности, а их управление требует точных магнитных и электрических полей.
Концепция пучка частиц возникла в начале XX века с развитием электронно-лучевых трубок, но современная эра началась с изобретения циклотрона Эрнестом Лоуренсом в 1931 году, что позволило ускорять частицы до высоких энергий для экспериментов в ядерной физике.
Частицы генерируются в источнике, затем ускоряются электрическими полями в линейном ускорителе или в кольцевом ускорителе. Магнитные поля направляют и фокусируют пучок, удерживая частицы на заданной траектории. По мере набора энергии скорость частиц приближается к скорости света, и релятивистские эффекты становятся значимыми. Пучок может быть направлен на мишень для создания столкновений или выведен для использования в экспериментах или приложениях. Качество пучка характеризуется такими параметрами, как интенсивность, эмиттанс (разброс по координате и импульсу) и поляризация.
Пучки частиц используются в терапии рака (протонная терапия), в источниках синхротронного излучения для исследований материалов, а также в промышленных ускорителях для ионной имплантации в полупроводниках.
Пучки частиц могут использоваться для получения аттосекундных рентгеновских вспышек, что позволяет учёным наблюдать движение электронов в реальном времени.