Partikelbanor

Partikelbanor beskriver de banor partiklar följer när de rör sig i rum och tid under påverkan av krafter som gravitation och elektromagnetiska fält.

I klassisk och relativistisk mekanik bestäms en partikelbana av rörelseekvationen som härleds ur Lorentzkraften q(E + v × B) och, i gravitationsfält, Newtons lag eller allmän relativitet i starka fält. Begreppet gäller för elementarpartiklar i acceleratorsystem, laddade partiklar i plasman och himlakroppar i orbitaldynamik.

Inom partikelacceleratorer och strålningsoptik avser man partikelbanor som den tänkta vägen för ett partikelstråle genom magnetiska och elektriska element. Dipolmagneter böjer strålen, medan kvadrupoler fokuserar den. Den sammanlagda effekten ger slutna eller nästan slutna banor i lagringsringar eller linjära sektioner. Viktiga begrepp inkluderar magnetisk styvhet (rigidity), betatronoscilationer och dispersion, som beskriver transversal rörelse och hur energi påverkar position, samt emittance, ett mått på strålens fasrumstorlek.

I detektorer används spår av partiklar i magnetfält rekonstruerade för att bestämma momentum och partikelidentitet. Inom rymd- och astrofysik handlar partikelbanor om gravitationella banor för planeter, kometer och dammpartiklar, som påverkas av gravitation, perturbationer från andra kroppar och strålningskrafter.

Partikelbanor är centrala inom fysiken och möjliggör förutsägelser av rörelser, design av acceleratorsystem och tolkning av observationsdata.