粒子加速器|人类创造的极限速度，仅比光慢3.6毫米/秒！加速器如何加速粒子？( 二 ) 中微子|对撞机

现在我们把一个带电粒子放到电场中，带电粒子就会受到电场力的作用产生一个加速度，那电场力的大小就等于带电粒子的电荷乘以电场强度，电场强度可以有电压除以两个金属板之间的距离得出，所以我们就可以很简单的算出一个带电粒子在电场中的加速情况。
我们知道力除了大小还有方向，因为我们规定电场的方向，或者说是电场线的方向是从正电荷向外然后到负电荷，所以带正电粒子在电场中的受力方向就跟电场方向是一样的，那带负电的肯定就和电场方向相反了。
现在我们知道了如何给带电粒子提速，那接下来的问题是具体要怎样操作？你看，要想让粒子在加速器中获得最大的能量，就需要让他多次经过电场给他提速，这样的话它获得加速的时间就长一些，所以它的速度就会更快。
那如果我们现在把粒子加速器设计成一条直线的话，可以肯定的是粒子获得加速的机会就会非常有限，这样的设计肯定不合理。
那有没有这样一种可能，我们把粒子的轨迹限制在一个环形的跑道上，这样它就能多次地经过环形轨道上的电场，获得更多加速的机会。
实际情况还真是这样的，这样设计叫回旋加速器，目前欧洲核子中心的大型强子对撞机就是这种环形跑道。
但问题是，我们要想把粒子的轨迹掰弯就需要给它施加一个和运动方向垂直的力，而且随着粒子的加速，这个力还需要不断地调整以适应粒子的速度，这样才能保证虽然粒子的速度在增加，但它始终在一个固定的圆周上运动，而不至于撞到加速器的管道壁上。
那有没有一种力，来满足我们的要求？有，就是磁场力，静止的带电粒子在磁场中不受力，但只要带电粒子运动起来，并且它的运动方向和磁场方向垂直的话，就会受到和运动方向垂直的、且最大的磁场力。
在给定磁场中，磁场力的大小就和带电粒子的电荷、以及运动速度成正比，所以只要给加速器圆环中施加一个磁场，就可以把带电粒子掰弯，让他做环形运动。
问题是，这个磁场它需要适时变化，所以固定的磁场是不行的，必须使用电磁体来提供磁约束。
电磁体产生的磁场强度跟电流是成正比的，所以我们可以调节电流大小，来控制磁场强度去适应粒子速度的变化，保证粒子不会撞到加速器的管壁上。那么为了磁场强度足够大，所以在加速器中我们使用的超导磁体。
好，我们现在把电场加速和磁约束结合在一起，这就是粒子加速器，加速粒子的基本原理了。
我们接着说，人类的速度极限
美国费米实验室的质子和反质子加速器，它的环形轨道周长6.26公里，它是在一个方向上的真空管道中加速粒子，在相反的方向上的真空管道中加速反粒子。
然后让它俩在探测器中碰撞，看会产生哪些新的亚原子粒子？当然通过费米实验室的加速器我们发现了顶夸克、精确测量了W玻色子的质量，以及发现了陶中微子，同时创造的速度极限是，光速的99.999956% 。
目前欧洲核子研究中心的大型强子对撞机保持着粒子最高能量的记录，其加速质子的速度最高达到了每秒2亿9千9百7十9万2千4百5十5米， 99.9999991%C ，比光速只慢了3米/秒。
但这个速度并不是我们创造得最快的粒子！
【粒子加速器|人类创造的极限速度，仅比光慢3.6毫米/秒！加速器如何加速粒子？】LEP大型正负电子对撞机，虽然它的能量只有LHC能量的1/33 ，但一个质子的质量大约是一个电子的2000倍！所以在LEP中，电子的速度达到了每秒2亿9千9百7十9万2千4百5十7.9964米的最高速度， 99.99999988%C ，比光速慢了3.6毫米/秒！因此，构成我们世界的所有质子和电子，依然受到狭义相对论的约束。