Hiukkaspalkki on kiihdytettyjen hiukkasten säde, yleensä varautuneita hiukkasia (ioneja). Hiukkaspalkin tosielämän sovelluksiin kuuluvat hiukkaskiihdyttimet (”atomin murskaimet”), plasmafysiikassa, katodisädeputkitelevisioissa, tietokoneen näytöissä ja syöpähoidoissa. Kun hiukkaspalkki -aseita oli tutkittu lyhyesti 1980 -luvulla, tällaiset tutkimukset lopetettiin enimmäkseen, ja laserit ja muut suunnatut energia -aseet saivat huomion ja tutkimusdollarit nykyään. Luonnollinen esimerkki hiukkaspalkista olisi salama, jossa elektronit hyppäävät negatiivisesti varautuneista pilvistä neutraaliin maahan.
Useimmat hiukkaspalkkityypit koostuvat varautuneista hiukkasista, kuten protoneista tai elektroneista, koska varautuneita hiukkasia on helppo kiihdyttää magneetteja pitkin. Suurin osa hiukkaspalkeista luodaan ajamalla hiukkasvirta useiden laitteiden läpi, joista jokainen antaa hieman työntöä säteelle, kunnes se kiihdytetään huomattavaan nopeuteen. Joissakin hiukkaskiihdyttimissä tämä nopeus voi olla jopa 99.999% valon nopeudesta. Elektronista koostuvat hiukkaspalkit ovat yleensä nopeimpia, koska nämä hiukkaset ovat yli tuhat kertaa kevyempiä kuin protoneja ja niitä voidaan siten kiihdyttää helpoimmin.
Vaikka termillä “hiukkaspalkki” on scifi-tunnelma, hiukkaspalkkia löytyy kaikista katodisädeputkitelevisioista. Jopa kaikkien sähkökaapeleiden voidaan katsoa sisältävän eräänlaisia elektronihiukkaspalkkeja, vaikka niiden polku on harvoin lineaarinen. Katodisädeputkitelevisiossa hiukkaskeila tuotetaan elektronipistoolilla. Elektronipistooli laukaisee elektroneja loisteputkessa, joka syttyy vastauksena saapuviin hiukkasiin ja tuottaa kuvan.
Yksi innovatiivinen hiukkaspalkkien käyttö on sädehoidossa, jossa hiukkaspalkki on suunnattu tappamaan syöpäsoluja. Tämän lähestymistavan haittapuoli on terveiden solujen vaurioituminen ja liiallisen säteilyaltistuksen riski. Toimintamekanismi on säteily, joka vahingoittaa pahanlaatuisten solujen DNA: ta ja aiheuttaa niiden kyvyttömyyden lisääntyä itse. Yksi haaste tämän tyyppisessä sädehoidossa on vähähappisten kasvainten muodostuminen-kasvaimet, jotka ylittävät niiden verenkierron. Kasvaimet, joissa on paljon happea, ovat ihanteellisia sädehoitoon, koska hapetetun kudoksen pommittaminen säteilyllä vapauttaa lukuisia vapaita radikaaleja, jotka aiheuttavat toissijaisia vaurioita syöpäsoluille.
Maailman tehokkaimmat hiukkaspalkit ovat niitä, joita käytetään suurimmissa hiukkaskiihdyttimissä, kuten LHC (Large Hadron Collider) lähellä Geneveä Sveitsissä. Suuri Hadron Collider sijaitsee tunnelissa, jonka ympärysmitta on 27 km ja peräti 17 m maan alla. LHC on yksi suurimmista ja kalleimmista koneista, jonka hinta on noin 175 miljardia dollaria (Yhdysvaltain dollaria).