Синхротрон, циклический ускоритель частиц, в котором заряженная частица — как правило, субатомная, например электрон или протон, или тяжелая, например ион золота, — разгоняется до очень высоких энергий в присутствии переменного электрического поля, а магнитное поле удерживает ее на постоянной круговой орбите. Магнитное поле служит для искривления или отклонения траектории заряженных частиц. Чтобы поддерживать постоянную траекторию внутри циклического ускорителя, сила магнитного поля должна постепенно увеличиваться по мере роста импульса частицы. Кроме того, частота ускоряющего электрического поля должна поддерживаться или регулироваться по мере необходимости, чтобы быть синхронной с орбитальной частотой заряженных частиц. Синхротрон полезен, когда частица ускоряется до скорости, приближающейся к скорости света — например, при ускорении электронов или протонов до чрезвычайно высоких энергий, — поскольку в таких условиях скорость меняется медленно по мере изменения энергии.
Основные принципы построения синхротронов были предложены независимо друг от друга Владимиром Векслером в Советском Союзе (1944) и Эдвином Макмилланом в США (1945). Конструкции синхротронов были разработаны и оптимизированы для ускорения различных частиц и получили соответствующие названия. Так, электронный синхротрон ускоряет электроны, а протонный синхротрон — протоны. Эти типы ускорителей используются для изучения субатомных частиц в исследованиях по физике частиц высоких энергий. Электронные синхротроны также используются для получения синхротронного излучения. Тяжелые ионные синхротроны используются в основном в исследованиях по ядерной физике.
Самые высокие энергии частиц, когда-либо достигнутые, были получены на Большом адронном коллайдере (БАК) — сверхпроводящем протонном синхротроне в ЦЕРНе в Женеве, который разогнал протоны до 1,18 тераэлектронвольт (ТэВ; один триллион электронвольт). Самый высокоэнергетичный электронный синхротрон также находился в ЦЕРНе и достигал примерно 100 гигаэлектронвольт (ГэВ; 100 миллиардов электронвольт). Специализированные электронные синхротроны, такие как Advanced Photon Source в Аргоннской национальной лаборатории (Аргонн, штат Иллинойс), были построены для оптимизации производства рентгеновского синхротронного излучения для структурных исследований биологических макромолекул и других сложных материалов.
