En proton är en av byggnadsblocken i atomen. Protoner, tillsammans med neutroner och mycket mindre elektroner, utgör de grundläggande elementen. När dessa mikroskopiska partiklar är inriktade på en smal stråle och skott i extremt höga hastigheter kallas det en protonstråle. Protonbalkar är extremt användbara saker, både för experimentella fysiker och läkare.

Hur protonbalkar är skapade

Protoner har en positiv elektrisk laddning. Saker med motsatta laddningar lockar varandra, medan saker med samma laddning avvisar. Detta är den centrala principen i en partikelaccelerator - maskinen använde sig för att göra protonbalkar. Protonerna accelereras genom ett rör av elektromagneter. När en proton ligger bakom magneterna byts magneten till en negativ laddning för att dra protonen mot den. Eftersom protonen går förbi magneten, övergår laddningen till positiv, för att skjuta protonen bort från den, vilket påskyndar det mer. En hel rad protoner i rad gör en protonstråle.

En protonstråle kan gå nästan ljusets hastighet, men det tar ett tag att få partiklarna att gå. Ett sätt att göra detta är att använda en stor linjär accelerator. Linjära acceleratorer är massiva saker - upp till 2 mil långa.

Ett annat sätt att göra detta är med en cirkulär accelerator. Cirkulära acceleratorer eller cyklotroner har ett magnetfält som är utformat för att böja partikelns bana i en cirkel. En stråle av protoner i en cyklotron kommer att snurra runt och runt tills de får tillräckligt med hastighet. Då kommer de att skjutas ut på sitt mål.

Applikationer

Protonbalkar har många användbara applikationer. De används ofta i teoretisk fysik. Partikelacceleratorer krossar protoner i andra protoner, såväl som neutroner och andra elementära partiklar. När partiklarna kolliderar mäter forskarna de små partiklarna som kastas ut från kollisionen. De försöker att upptäcka saker om gluoner, kvarkar och de andra grundpartiklarna som utgör protoner.

Protonbalkar används också i strålterapi. Protonerna är noggrant riktade och sköt på tumörer, där de skadar deras DNA och dödar cancercellerna. Denna typ av terapi gör mycket liten skada på den omgivande vävnaden. Till skillnad från kirurgi behöver det inte klippas, vilket gör det mycket säkrare och mindre skadligt för vissa typer av tumörer. I synnerhet har protonbalkar varit mycket effektiva vid behandling av vissa typer av ögoncancer. Tidigare måste ögat tas bort för att komma till tumören, men nu kan det riktas mot protonstrålen.