如果我们想更深入地研究物质或进一步研究宇宙的起点，我们就必须提高能量，这意味着我们需要更强大的工具——更高的粒子能量，或者更长的加速距离。例如数百公里长的线性加速器或具有长且弧度更柔和的巨型圆形加速器。这样的加速器才能进一步提高粒子的能量。上图：欧洲的未来更大的环形加速器。当然，在另一方面，我们也可以改造我们的加速技术，在短距离内快速有效地加速线性加速器中的粒子。
现代人能将粒子加速到什么数量级？
“现代人能将粒子加速到什么数量级？”通过高能加速器，科学家可以将带电粒子加速到光速的99.9999991%，该速度由世界最大的超级加速器——大型强子对撞机（Large Hadron Collider），满功率下实现。粒子加速器的工作原理粒子加速器可以简单理解成加速带电粒子的机器，虽然在许多科普类视频中我们看到的粒子加速器往往非常庞大复杂，但是从工作原理来说它其实是非常简单的，既对电场与磁场的控制。
粒子加速器中的带电粒子主要包括正反质子、正反电子和重离子等，当带电粒子进入加速器后，会从电场获得加速能量，由于洛伦兹力的影响，运动中的带电粒子束可以通过磁场被导引、约束或者聚集。粒子加速器不仅仅是科学家探索物质内部结构的工具，现代社会的方方面面其实都离不开粒子加速器，比如机场车站使用的安检仪其实就利用到了粒子加速器原理，而医疗卫生、国防军事方面粒子加速器同样有着更为重要的贡献。
粒子加速器与对撞机虽然带电粒子由于电荷的“同性相斥、异性相吸”原理可以在电场中获得加速效果，但是早期的粒子加速器是结构简单的直线型加速器，带电粒子仅能通过高压电场进行一次加速，要想提高加速效果，则必须进行多个加速器串联或者为加速器提高更高电压的电场，但这两点在当时受到了成本、设备体积以及技术条件的诸多限制。
1930年，美国科学家欧内斯特·劳伦斯提出了回旋加速器的概念，简单来说就是让加速后的带电粒子垂直进入匀强磁场，由于洛伦兹力的影响，粒子在磁场中会做圆周运动，做圆周运动的粒子可以重新进入加速电场实现多次加速。1932年劳伦斯设计建造了第一台回旋加速器，从结构上来看，该加速器由两个半圆形的金属扁盒（D形盒）组成，两个D形盒的空隙处是交变的加速电场，电场的变化频率和粒子的周期运动频率相同，两个D形盒放置于匀强磁场之中。
当带电粒子从中心射出后，首先会经过一个电场的加速，由于磁场的运行，其运动轨迹会偏转为弧线，从而进入另一个电场中被加速，因此带电粒子在回旋加速器中每转一圈就会被加速两次。虽然回旋加速器由于独特的设计实现了多级加速的效果，但是由于粒子在高速运动状态下的相对论效应，早期的回旋加速器依然是无法把粒子加速到理想的能量状态的。
我们知道由于质速关系的影响，带电粒子的速度越大，其相对论质量也会越大，由此便难以实现粒子的运动周期和交变电场的同步变化。为了解决这些问题，回旋加速器由发展出依靠改变磁场强度来抵消相对论效应的扇形聚焦回旋加速器和依靠改变电场频率来适应相对论效应的同步回旋加速器，其中扇形聚焦回旋加速器由于需要对磁场调控，大量的超导材料和磁铁的使用需要较高的成本，而同步回旋加速器由于采用了调频技术，所以其内部被加速的粒子束其实是脉冲型的。
对撞机是科学家利用粒子加速器原理来探索物质结构、检验物理理论的设备，简单来说就是带电粒子被加速器加速后，通过粒子的碰撞来探究粒子内部的结构，粒子的运动速度越快，粒子本身也就被撞的越“散”，因此对撞机对粒子的运动速度要求是越快越好，这是对撞机中粒子为什么要“对撞”的原因。为例实现粒子的对撞，加速器往往设计成环形结构，当粒子在加速器中被加速到指定能量状态后，便会通过磁场引入到对撞区域，在对撞区有大量的探测仪器监测碰撞过程。
加速器中的粒子能跑多快？不论是电子还是质子，这些微观物质的质量是非常小的，因此在电场的作用下它们很容易被加速到很高的速度，但是同样由于质量的存在，加速器中的带电粒子依然会受到质增效应的影响，既任何具有静止质量的物质随着速度的升高，其相对论质量也会增大，而质量越大的物质是越难以被加速的，这就造成一种循环的矛盾，既速度越快，粒子的质量越大，质量越大越难以被加速，要想获得更高的速度就需要更多的能量，而更多的能量又会带来更高的速度与质量，因此加速器中的带电粒子永远无法达到光速，因为我们不可能提供无穷多的能量。
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