El sincrotrón, es un acelerador cíclico de partículas en el que una partícula cargada, generalmente una partícula subatómica, como un electrón o un protón, o una partícula de iones pesados, como un ión de oro, se acelera a energías muy altas en presencia de un campo eléctrico mientras está confinado a una órbita circular constante por un campo magnético.
El campo magnético sirve para doblar o desviar el camino de las partículas cargadas. Para mantener una trayectoria constante dentro del acelerador cíclico, el campo magnético debe aumentar gradualmente en fuerza a medida que aumenta el impulso de la partícula. Además, la frecuencia del campo eléctrico acelerado debe mantenerse o ajustarse según sea necesario para que sea sincrónica con la frecuencia orbital de las partículas cargadas. El sincrotrón es útil cuando la partícula se acelera a una velocidad cercana a la de la luz, como en la aceleración de electrones o protones a energías extremadamente altas, ya que, en tales condiciones, la velocidad cambia sólo lentamente a medida que cambia la energía.
Los principios básicos del diseño de sincrotrón fueron propuestos de forma independiente por Vladimir Veksler en la Unión Soviética (1944) y Edwin McMillan en Estados Unidos (1945). Los diseños de sincrotrón se han desarrollado y optimizado para acelerar diferentes partículas y se denominan en consecuencia. Por lo tanto, el sincrotrón de electrones acelera los electrones, y el sincrotrón de protones acelera los protones. Estos tipos de aceleradores se utilizan para estudiar partículas subatómicas en la investigación de la física de partículas de alta energía. Los sincrotrones de electrones también se utilizan para producir radiación de sincrotrón. Los sincrotrones de iones pesados se utilizan principalmente en la investigación de la física nuclear.
Las energías de partículas más altas jamás alcanzadas se han producido con el Gran Colisionador de Hadrones (LHC): un sincrotrón de protones superconductores en el CERN en Ginebra, que aceleró los protones a 1,18 teraelectron voltios (TeV; un billón de electronvoltios). El sincrotrón de electrones de mayor energía también estaba en el CERN; alcanzó aproximadamente 100 gigaelectrones voltios (GeV; 100 mil millones de electrón voltios). Sincrotrones de electrones especializados, como elFuente de fotones avanzada enEl Laboratorio Nacional Argonne , Argonne, Illinois, se han construido para optimizar la producción deRadiación de sincrotrón de rayos X para estudios estructurales de macromoléculas biológicas y otros materiales complejos.
