Un acceleratore di particelle, noto anche come frantumatore di atomi o collisore di particelle, è un dispositivo che accelera le particelle subatomiche ad alte velocità e le mantiene in fasci piccoli e coerenti. Gli acceleratori di particelle hanno molte applicazioni nell’uso comune e nella ricerca fisica sperimentale e teorica. Il Large Hadron Collider, il più grande acceleratore di particelle esistente al momento della sua costruzione, è stato progettato per far collidere le particelle nella speranza di separarle e scoprire la particella teorica del bosone di Higgs. Acceleratori molto più piccoli sono presenti sotto forma di tubi a raggi catodici in semplici televisori.
I tubi a raggi catodici e i generatori di raggi X, entrambi utilizzati quotidianamente da molte persone, sono entrambi esempi di acceleratori di particelle a bassa energia. Un televisore a tubo catodico ha un tubo a vuoto contenente uno o più cannoni elettronici e i mezzi per deviare il fascio di elettroni. Il raggio viene deviato secondo necessità su uno schermo fluorescente, dal quale vengono emesse immagini. I generatori di raggi X accelerano e fanno scontrare grandi quantità di raggi X con un bersaglio di metallo pesante; qualsiasi cosa tra il generatore e il metallo aumenterà lo schema dei raggi X che colpiscono il metallo. I professionisti medici lo usano per diagnosticare problemi all’interno del corpo umano.
Gli acceleratori di particelle più potenti, come quelli in grado di innescare reazioni nucleari, sono generalmente utilizzati per scopi scientifici. Un acceleratore di particelle utilizzato per esperimenti di fisica di solito accelera flussi di particelle subatomiche in direzioni opposte a velocità prossime a quella della luce. Quindi manipolano e fanno scontrare questi raggi; le particelle che compongono le travi si scontrano e si frantumano. I fisici utilizzano rivelatori speciali per analizzare le particelle scomposte, alla ricerca di particelle ancora più piccole. Ogni nuova particella scoperta dai fisici fornisce un mondo di informazioni sulla natura e la composizione di tutta la materia.
Molti acceleratori di particelle sperimentali, in particolare il Large Hadron Collider, hanno causato preoccupazione tra alcuni fisici per il rischio rappresentato da tali dispositivi non solo per gli scienziati coinvolti, ma per la Terra nel suo insieme. Alcune teorie matematiche mostrano la possibilità che un acceleratore di particelle ad alta potenza possa causare la formazione di buchi neri in miniatura. La maggior parte dei fisici, tuttavia, concorda sul fatto che questi micro buchi neri, se prodotti, rappresenterebbero una minaccia minima o nulla poiché si disperderebbero in innocue radiazioni di Hawking o crescerebbero troppo lentamente per presentare qualsiasi tipo di pericolo ragionevole.
Un acceleratore di particelle può sembrare ad alcuni uno strumento un po’ primitivo, che ricorda i cavernicoli che colpiscono le pietre insieme per scoprire cosa esiste all’interno. La conoscenza scientifica acquisita da tali dispositivi, tuttavia, è immensa e probabilmente continuerà ad esserlo man mano che gli acceleratori di particelle diventeranno sempre più potenti. L’elettrone, ad esempio, è stato scoperto attraverso l’uso di un tubo a raggi catodici. Alcuni teorizzano che la particella del bosone di Higgs, se scoperta, potrebbe fornire la chiave per una comprensione molto più ampia del mondo fisico nel suo insieme.