同步辐射

每当你迫使一个带电粒子改变方向，它就会发出光。这是电磁学的一条基本规则：让电荷加速——而拐弯也算加速，因为运动方向在变——就会让它辐射出电磁波。当电荷以接近光速运动、并被弯成圆周时，它甩出的光既强烈又高度聚束，还有个专门的名字：同步辐射，因为它最早是在同步加速器里被发现发光的。

对环形加速器来说，这种辐射是一把双刃剑。一方面它是损耗：每一个同步辐射光子都带走机器刚刚花力气推给束流的能量，所以腔体必须不断把束流的能量补回来。这种损耗对轻粒子增长得极快——同样能量的电子辐射出的能量远多于质子，因为这个效应极度依赖于粒子有多轻。这正是能量最高的环形对撞机使用较重质子的深层原因，也是极高能量的环形电子机器变得不切实际的原因；你会把越来越多的电力仅仅花在补偿被辐射掉的能量上。

另一方面，那些“被浪费”的光是一件极好的工具。这种辐射以一束异常明亮、可精细调谐的 X 射线和紫外线射出，远比任何实验室的 X 射线管更亮。于是物理学家把麻烦变成了仪器：人们专门建造称为同步辐射光源的机器，正是为了产生这种辐射并把它对准样品。它们让化学家、生物学家和材料科学家得以成像蛋白质、电池以及无数其他材料的原子结构——这是加速器物理学应用最广的衍生成果之一。