Das Synchrotron (Ringbeschleuniger) ist die heute weit verbreitete Beschleunigerarchitektur, die geometrisch auf einem Kreisbeschleuniger basiert.

Gas geben im Partikelkarussell

Im Unterschied zum Zyklotron bewegen sich die zu beschleunigenden Teilchenbündel (engl. Fachbegriff: beams) nicht auf Spiralbahnen, sondern auf einer Kreisbahn mit konstantem Radius (Beschleunigerring). Auf dieser fixen Beschleunigungsstrecke werden die Teilchen in mehrfachen Umläufen sukzessiv beschleunigt. Die Beschleunigung erfolgt in kurzen Beschleunigungskapseln, den Kavitäten, die über den Umfang des Beschleunigerrings verteilt sind. Während des Beschleunigens steigen die Zentrifugalkräfte mit jedem Umlauf an. Nahe relativistischer Geschwindigkeiten, also Geschwindigkeiten, die vergleichbar sind mit der Vakuumlichtgeschwindigkeit, steigt der relativistische Impuls dramatisch an.

Magnetfelder und elektrische Felder zwingen auf die Kreisbahn

Mit magnetischen Führungsfeldern kompensiert man den Einfluss der Zentrifugalkräfte, um die Teilchenbündel auf ihrer Sollbahn im Ring zu halten. Es ist also eine Synchronisation nötig: magnetisches Führungsfeld und elektrisches Beschleunigungsfeld müssen ständig nachgeregelt werden. Dies gilt auch für die Frequenz des elektrischen Wechselfeldes. Erst dann durchlaufen die Teilchen trotz zunehmender Geschwindigkeit die Beschleunigungsstrecke im Synchrotron ringförmig.

'Raus aus dem Karussell, 'rein ins Experiment

Erreichen die Teilchen ihre maximale bzw. angestrebte Geschwindigkeit, können sie aus dem Ring zu Experimentierorten abgeleitet werden (z.B. Beschuss statischer Targets). In Collider-Experimenten bringt man Teilchenstrahlen (die möglicherweise aus verschiedenen Beschleunigerringen entstammen) auf Kollisionskurs: dies vervielfacht die 'Kollisionsenergie' (Fachbegriff: Schwerpunktsenergie, engl. com energy) und ermöglicht so die Produktion neuartiger, schwerer Teilchen im Kollisionsprozess.