Ein Teilchenbeschleuniger, auch Atomsmasher oder Teilchenbeschleuniger genannt, ist ein Gerät, das subatomare Teilchen auf hohe Geschwindigkeiten beschleunigt und in kleinen, gleichmäßigen Strahlen hält. Teilchenbeschleuniger haben viele Anwendungen im allgemeinen Gebrauch und in der experimentellen und theoretischen Physikforschung. Der Large Hadron Collider, der größte Teilchenbeschleuniger, der zum Zeitpunkt seiner Konstruktion existierte, sollte Teilchen kollidieren in der Hoffnung, sie auseinander zu brechen und das theoretische Higgs-Boson-Teilchen zu entdecken. Viel kleinere Beschleuniger sind in Form von Kathodenstrahlröhren in einfachen Fernsehgeräten vorhanden.
Kathodenstrahlröhren und Röntgengeneratoren, die beide täglich von vielen Menschen verwendet werden, sind beides Beispiele für niederenergetische Teilchenbeschleuniger. Ein Fernsehgerät mit Kathodenstrahlröhre hat eine Vakuumröhre, die eine oder mehrere Elektronenkanonen und die Mittel zum Ablenken des Elektronenstrahls enthält. Der Strahl wird bei Bedarf auf einen Fluoreszenzschirm umgelenkt, von dem Bilder emittiert werden. Röntgengeneratoren beschleunigen und kollidieren große Mengen an Röntgenstrahlen mit einem Schwermetalltarget; alles zwischen dem Generator und dem Metall verstärkt das Muster der Röntgenstrahlen, die auf das Metall treffen. Mediziner verwenden dies, um Probleme im menschlichen Körper zu diagnostizieren.
Teilchenbeschleuniger mit höherer Leistung, die beispielsweise Kernreaktionen auslösen können, werden im Allgemeinen für wissenschaftliche Zwecke verwendet. Ein Teilchenbeschleuniger, der für physikalische Experimente verwendet wird, beschleunigt normalerweise Ströme subatomarer Teilchen in entgegengesetzte Richtungen mit Geschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit. Dann manipulieren und kollidieren sie diese Strahlen; die Partikel, aus denen die Strahlen bestehen, prallen aufeinander und brechen auseinander. Physiker verwenden spezielle Detektoren, um die zerbrochenen Teilchen zu analysieren und nach noch kleineren Teilchen zu suchen. Jedes neue von Physikern entdeckte Teilchen bietet eine Welt voller Erkenntnisse über die Natur und Zusammensetzung aller Materie.
Viele experimentelle Teilchenbeschleuniger, insbesondere der Large Hadron Collider, haben bei einigen Physikern Besorgnis über das Risiko ausgelöst, das solche Geräte nicht nur für die beteiligten Wissenschaftler, sondern für die Erde insgesamt darstellen. Einige mathematische Theorien zeigen die Möglichkeit, dass ein Hochleistungs-Teilchenbeschleuniger die Bildung von Miniatur-Schwarzen Löchern verursachen könnte. Die meisten Physiker sind sich jedoch einig, dass diese Mikroschwarzen Löcher, wenn sie erzeugt werden, keine oder nur eine geringe Bedrohung darstellen würden, da sie sich entweder in harmlose Hawking-Strahlung auflösen oder zu langsam wachsen würden, um eine vernünftige Gefahr darzustellen.
Ein Teilchenbeschleuniger mag manchen als ein etwas primitives Werkzeug erscheinen, das an Höhlenmenschen erinnert, die Steine zusammenschlagen, um herauszufinden, was darin existiert. Die wissenschaftlichen Erkenntnisse, die mit solchen Geräten gewonnen werden, sind jedoch immens und werden es wahrscheinlich auch weiterhin sein, wenn Teilchenbeschleuniger immer leistungsfähiger werden. Das Elektron zum Beispiel wurde durch die Verwendung einer Kathodenstrahlröhre entdeckt. Einige vermuten, dass das Higgs-Boson-Teilchen, falls es entdeckt wird, den Schlüssel zu einem viel besseren Verständnis der physikalischen Welt als Ganzes liefern könnte.