同步輻射

每當你迫使一個帶電粒子改變方向，它就會發出光。這是電磁學的一條基本規則：讓電荷加速——而拐彎也算加速，因為運動方向在變——就會讓它輻射出電磁波。當電荷以接近光速運動、並被彎成圓周時，它甩出的光既強烈又高度聚束，還有個專門的名字：同步輻射，因為它最早是在同步加速器裡被發現發光的。

對環形加速器來說，這種輻射是一把雙刃劍。一方面它是損耗：每一個同步輻射光子都帶走機器剛剛花力氣推給束流的能量，所以腔體必須不斷把束流的能量補回來。這種損耗對輕粒子增長得極快——同樣能量的電子輻射出的能量遠多於質子，因為這個效應極度依賴於粒子有多輕。這正是能量最高的環形對撞機使用較重質子的深層原因，也是極高能量的環形電子機器變得不切實際的原因；你會把越來越多的電力僅僅花在補償被輻射掉的能量上。

另一方面，那些「被浪費」的光是一件極好的工具。這種輻射以一束異常明亮、可精細調諧的 X 射線和紫外線射出，遠比任何實驗室的 X 射線管更亮。於是物理學家把麻煩變成了儀器：人們專門建造稱為同步輻射光源的機器，正是為了產生這種輻射並把它對準樣品。它們讓化學家、生物學家和材料科學家得以成像蛋白質、電池以及無數其他材料的原子結構——這是加速器物理學應用最廣的衍生成果之一。