Hiukkaskiihdytin on fysiikkalaite, joka käyttää sähkökenttiä kiihdyttämään varautuneita hiukkasia valtaviin nopeuksiin, joskus merkittäviä murto -osia valon nopeudesta. Tavallisia hiukkasia, joita löytyy hiukkaskiihdyttimistä, ovat protonit ja elektronit, atomin rakennuspalikat.
Hiukkaskiihdytintä käytetään tarkkailemaan pienten hiukkasten käyttäytymistä suurilla nopeuksilla ja energioilla sekä päivittäisiin tarkoituksiin, kuten tietynlaisen sähkömagneettisen säteilyn tuottamiseen. Hiukkaskiihdyttimiä käytetään usein murskaamaan hiukkaset toisiaan vastaan erittäin suurilla nopeuksilla paljastamalla niiden olennaisimmat komponentit. Röntgengeneraattori ja televisio ovat molemmat yleisiä esimerkkejä hiukkaskiihdyttimistä, ja niiden perusrakenne on sama kuin niiden suuremmilla serkkuilla, joita käytetään suuren energian fysiikkakokeissa. Hiukkaskiihdytin kuuluu kahteen luokkaan: pyöreä tai lineaarinen.
Pyöreässä hiukkaskiihdyttimessä hiukkasia kiihdytetään jatkuvalla pyöreällä reitillä. Tämän järjestelyn etuna on, että hiukkanen voidaan suunnata ympyrään monta kertaa, mikä säästää laitteistoa. Haittapuoli on, että pyöreiden kiihdyttimien hiukkaset lähettävät sähkömagneettista säteilyä, jota kutsutaan synkrotronisäteilyksi. Koska niiden vauhti rohkaisee heitä jatkuvasti lentämään ympyrää tangentiaalisella radalla, energiaa on kulutettava jatkuvasti, jotta ne pysyvät ympyräradalla, mikä tarkoittaa, että pyöreät hiukkaskiihdyttimet ovat vähemmän tehokkaita. Suurissa kiihdyttimissä synkrotronisäteily on niin voimakasta, että koko kiihdytin on haudattava maan alle turvallisuusstandardien ylläpitämiseksi. Fermilab -hiukkaskiihdyttimellä Illinoisissa on pyöreä polku 4 km.
Lineaariset kiihdyttimet laukaisevat hiukkasia suorassa linjassa kiinteään kohteeseen. Televisiosi katodisädeputki on vähäenerginen hiukkaskiihdytin, joka laukaisee fotoneja näkyvän valon alueella lasilevyllä, näytöllä. Fotonivirta ohjataan jatkuvasti täyttämään näyttö pikseleillä. Tämä uudelleenohjaus tapahtuu riittävän nopeasti, jotta havaitsemme vaihtelevan fotonivirran jatkuvana kuvana.
Suuritehoisia lineaarisia kiihdyttimiä tai linakoita käytetään fysiikan sovelluksissa. Levysarja houkuttelee ja torjuu vaihtoehtoisesti niiden läpi liikkuvia varautuneita hiukkasia, vetää hiukkasia eteenpäin, kun ne eivät ole vielä kulkeneet sen läpi, ja työntää ne pois sen jälkeen, kun ne ovat kulkeneet. Tällä tavalla vuorottelevia sähkökenttiä voidaan käyttää hiukkasten virtojen kiihdyttämiseen erittäin suuriin nopeuksiin ja energioihin. Fyysikot käyttävät näitä kiihdyttimiä simuloidakseen eksoottisia olosuhteita, kuten tähtien keskellä tai lähellä maailmankaikkeuden alkua. Hiukkasfysiikan vakiomallissa kuvattu ”hiukkaseläintarha” paljastettiin vähitellen hiukkaskiihdyttimissä. Suurin lineaarinen hiukkaskiihdytin on Stanfordin lineaarinen kiihdytin, jonka pituus on 2 km.