加速器の限界

質問

加速器で粒子を加速させるのに限界はありますか？やはり光の速さより速くはならないのでしょうか？

回答No.2

phys · ベストアンサー

まずは相対性理論を信じるとすると、光より高い速度まで物質を加速することは出来ません。ですから、そう言う意味で限界と言っているのであればそれは加速器の限界と言うよりは物理法則の要請という方が正しい理解です。

実際には加速器の性能を表すのは速度ではなくエネルギーです。エネルギーは理論上限界がありません。この時速度は光速を超えない代わりに質量が増大します。加速すればするほど重くなるわけです。

加速器に限界があるかという話ですが、加速限界というものは理論的にと言うより単純に物量的にあります。

人間がものを作れる大きさというのは高々地球表面におけるもの程度です。と言うことは円形であれ直線であれ加速器の最大長は４万km程度であることが解ります。

加速性能を表す指標の一つに、1m辺りの加速エネルギーというのがあります。現在計画中のリニアコライダーという加速器の仕様では25MV/mですから、1mあたり電子に25MeVのエネルギーを与えられます。これをどう頑張って大きくするかですが、技術的にこれくらい高い力を持つ加速装置を作ると、あまりに強いエネルギーのために加速装置自身が破損する例がよく見られます。技術と言うより材質的な限界が来ているわけです。

これをどう頑張ってもあと２桁上げられることはまず無いでしょう。と言うことは、単純に考えても人間が作ることの出来る加速器の性能限界は、電子を加速するとした場合、かなり高く見積もって

4.0*10^7*2.5*10^9=1.0*10^17eV

です。これは電子に10^17Vという電圧をかけたときのエネルギーという意味の標記です。もしこんな電圧を空気中で一度に発生させたら地球滅亡です。

ちなみに今建設計画があるリニアコライダーで達成できる電子のエネルギーは10^12eVです。これでも加速器の大きさは全長20km近くという途方もないものです。実際は電子ではこの１０倍辺りが限界ではないかと思います。

回答No.1

foobar

加速器でどんどん加速して光速に近づくと、粒子の質量（相対論的質量）が増え始めます。
で、光速に近づくにつれて質量の増大が大きくなり、加速エネルギーは速度増加よりもむしろ質量増加に使われるようになります。