ปรากฏการณ์กลุ่มอิเล็กตรอนเป็นปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นในเครื่องเร่งอนุภาคและลดคุณภาพของลำแสงอนุภาค

กลุ่มอิเล็กตรอนเกิดขึ้นเมื่ออนุภาคประจุที่ ถูกเร่งความเร็ว ไปรบกวนอิเล็กตรอนที่ลอยอยู่แล้วในท่อ และทำให้อิเล็กตรอนเหล่านั้นกระเด็นหรือพุ่งชนผนัง อิเล็กตรอนที่ลอยอยู่เหล่านี้อาจเป็นโฟโตอิเล็กตรอนจากรังสีซินโครตรอนหรืออิเล็กตรอนจากโมเลกุลของก๊าซที่แตกตัวเป็นไอออน เมื่ออิเล็กตรอนชนผนัง ผนังจะปล่อยอิเล็กตรอนออกมามากขึ้นเนื่องจากการปล่อยทุติยภูมิอิเล็กตรอนเหล่านี้จะไปชนผนังอีกด้านหนึ่ง ปล่อยอิเล็กตรอนออกมามากขึ้นเรื่อยๆ เข้าสู่ห้องเร่งอนุภาค

ปรากฏการณ์นี้เป็นปัญหาอย่างยิ่งใน การเร่งอนุภาค โพซิตรอนซึ่งอิเล็กตรอนจะถูกดึงดูดและเหวี่ยงไปชนผนังด้วยมุมตกกระทบ ที่แปรผัน ได้ อิเล็กตรอนที่มีประจุลบที่หลุดออกมาจากผนังเครื่องเร่งอนุภาคจะถูกดึงดูดไปยังลำแสงที่มีประจุบวก และก่อตัวเป็น "กลุ่มเมฆ" รอบๆ ลำแสงนั้น

ปรากฏการณ์นี้จะเห็นได้ชัดเจนที่สุดสำหรับอิเล็กตรอนที่มีพลังงานจลน์ประมาณ 300 eVโดยผลกระทบจะลดลงอย่างรวดเร็วเมื่อพลังงานต่ำกว่านั้น และจะลดลงอย่างค่อยเป็นค่อยไปเมื่อพลังงานสูงขึ้น ซึ่งเกิดขึ้นเนื่องจากอิเล็กตรอน "ฝังตัว" อยู่ลึกภายในผนังของหลอดเร่งอนุภาค ทำให้ยากที่อิเล็กตรอนทุติยภูมิจะหลุดเข้าไปในหลอดได้

ผลกระทบนี้จะเด่นชัดยิ่งขึ้นสำหรับมุมตกกระทบที่สูงขึ้น (มุมที่ห่างจากเส้นตั้งฉาก มากขึ้น )

การเติบโตของกลุ่มอิเล็กตรอนอาจเป็นข้อจำกัดที่สำคัญต่อกระแสกลุ่มอิเล็กตรอนและกระแสลำแสงรวม หาก เกิดปรากฏการณ์ มัลติแพคติ้ง (multipacting ) ขึ้น ปรากฏการณ์มัลติแพคติ้งสามารถเกิดขึ้นได้เมื่อพลวัตของกลุ่มอิเล็กตรอนสามารถบรรลุถึงภาวะเรโซแนนซ์กับระยะห่างระหว่างกลุ่มอิเล็กตรอนของลำแสงเร่งอนุภาค ซึ่งอาจทำให้เกิดความไม่เสถียรตลอดแนวกลุ่มอิเล็กตรอน และแม้กระทั่งความไม่เสถียรภายในกลุ่มอิเล็กตรอนเดียว ซึ่งเรียกว่าความไม่เสถียรแบบหัว-หาง (head-tail instabilities)

มีการเสนอแนวทางแก้ไขหลายประการเพื่อจัดการกับปัญหานี้ เช่น การใส่สันนูนในท่อเร่งอนุภาค การเพิ่มห้องด้านหน้าให้กับท่อ การเคลือบท่อเพื่อลดปริมาณอิเล็กตรอนที่หลุดออกมาจากพื้นผิว หรือการสร้างสนามไฟฟ้าเพื่อดึงดูดอิเล็กตรอนที่หลงเหลืออยู่ ที่ เครื่องเร่งอนุภาค PEP-IIในห้องปฏิบัติการเร่งอนุภาคแห่งชาติ SLACท่อสุญญากาศที่บรรจุวงแหวนโพซิตรอนมีลวดพันรอบตลอดความยาว การปล่อยกระแสไฟฟ้าผ่านลวดนี้จะสร้างสนามแม่เหล็กโซลีน อยด์ ซึ่งมีแนวโน้มที่จะกักเก็บอิเล็กตรอนที่หลุดออกมาจากผนังท่อลำแสง

เครื่องเร่งอนุภาคขนาดใหญ่ (Large Hadron Collider)มีแนวโน้มที่จะเกิดมัลติแพคติ้ง (multipacting) ได้ง่ายเนื่องจากระยะห่างที่แคบ (25 ns) ของกลุ่มโปรตอน ในระหว่าง Run 1 (2010–2013) การดำเนินงานทางวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่ใช้ลำแสงที่มีระยะห่าง 50 ns ในขณะที่ลำแสง 25 ns ถูกนำมาใช้สำหรับการทดสอบสั้นๆ ในปี 2011 และ 2012 เท่านั้น^{[ 1 ]} นอกจากการใช้แผ่นกั้นลำแสงแบบมีร่องที่ออกแบบมาเพื่อลดการปล่อยอิเล็กตรอนทุติยภูมิแล้ว ผลกระทบยังสามารถลดลงได้ด้วยการระดมยิงอิเล็กตรอนในสถานที่ ซึ่งทำใน LHC โดยการหมุนเวียนลำแสง "ขัดล้าง" พิเศษที่ไม่ใช่ทางวิทยาศาสตร์ ซึ่งออกแบบมาโดยเฉพาะเพื่อสร้างอิเล็กตรอนให้ได้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ภายใต้ข้อจำกัดของการกระจายความร้อนและความเสถียรของลำแสง เทคนิคนี้ได้รับการทดสอบในระหว่าง Run 1 และจะถูกนำมาใช้เพื่อให้สามารถดำเนินการที่ระยะห่างกลุ่ม 25 ns ในระหว่าง Run 2 (2015–2018)

มีวิธีการวัดกลุ่มอิเล็กตรอนในห้องสุญญากาศ หลายวิธี แต่ละวิธีให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับกลุ่มอิเล็กตรอนในแง่มุมที่แตกต่างกัน

เครื่องวิเคราะห์สนามหน่วง (Retarding field analyzer) คือตะแกรงเฉพาะจุดในผนังห้องที่ยอมให้กลุ่มอิเล็กตรอนบางส่วนหลุดออกไป อิเล็กตรอนเหล่านี้สามารถถูกกรองด้วยสนามไฟฟ้า และสามารถวัดสเปกตรัมพลังงานที่ได้ เครื่องวิเคราะห์สนามหน่วงสามารถติดตั้งได้ในบริเวณดริฟต์ ไดโพล ควอดรูโพล และแม่เหล็กวิกเกลอร์ ข้อจำกัดคือ เครื่องวิเคราะห์สนามหน่วงวัดได้เฉพาะกลุ่มอิเล็กตรอนเฉพาะจุด และเนื่องจากวัดกระแสไฟฟ้า จึงมีการเฉลี่ยเวลาเกิดขึ้นโดยธรรมชาติ นอกจากนี้ เครื่องวิเคราะห์สนามหน่วงยังสามารถรบกวนการวัดได้ผ่านอิเล็กตรอนทุติยภูมิจากตะแกรงหน่วงที่ถูกขับออกจากบริเวณดริฟต์และถูกผลักกลับเข้าไปในอุปกรณ์โดยลำแสง

การศึกษาโดยใช้กลุ่มเมฆพยานจะวัดการเปลี่ยนแปลงความถี่ตามกลุ่มเมฆที่ต่อเนื่องกันในขบวน และในกลุ่มเมฆพยานที่วางไว้ในตำแหน่งต่างๆ ด้านหลังขบวนเมฆ เนื่องจาก1การเปลี่ยนแปลงความถี่มีความสัมพันธ์กับความหนาแน่นของเมฆกลางโดยเฉลี่ย หากทราบการเปลี่ยนแปลงความถี่ ก็สามารถคำนวณความหนาแน่นของเมฆกลางได้ ข้อดีของการศึกษาโดยใช้กลุ่มเมฆพยานคือสามารถวัดการเปลี่ยนแปลงความถี่ได้ทีละกลุ่มเมฆ ดังนั้นจึงสามารถวัดวิวัฒนาการของเมฆตามเวลาได้

ห้องสุญญากาศในเครื่องเร่งอนุภาคสามารถใช้เป็นตัวนำคลื่นสำหรับการส่งผ่านคลื่นความถี่วิทยุได้ คลื่นไฟฟ้าตามขวางสามารถแพร่กระจายในห้องดังกล่าวได้ กลุ่มอิเล็กตรอนทำหน้าที่เสมือนพลาสมาและทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงเฟสที่ขึ้นอยู่กับความหนาแน่นในคลื่นความถี่วิทยุ การเปลี่ยนแปลงเฟสนี้สามารถวัดได้ในรูปของแถบความถี่ด้านข้าง ซึ่งสามารถแปลงกลับเป็นความหนาแน่นของพลาสมาได้

• J. Crisp; N. Eddy; I. Kourbanis; K. Seiya; B. Zwaska (2009). "การวัดความหนาแน่นของกลุ่มอิเล็กตรอนด้วยคลื่นไมโครเวฟในเครื่องฉีดหลักของเฟอร์มิแล็บ" (PDF) . Proc. DIPAC09, Basel, Switzerland .
• J. Wei; M. Bai; M. Blaskiewicz; P. Cameron; R. Connolly; A. Della Penna; W. Fischer; H.-C. Hseuh; H. Huang (2006). "ความไม่เสถียรของกลุ่มอิเล็กตรอนและกลุ่มอิเล็กตรอนเดี่ยวในเครื่องเร่งอนุภาคหนักเชิงสัมพัทธภาพ" (PDF) . Proc. HB2006, Tsukuba, Japan .

• "การสะสมตัวของกลุ่มอิเล็กตรอนในเครื่องเร่งอนุภาคโปรตอนซิงโครตรอน ISIS และเครื่องจักรที่เกี่ยวข้อง" โดย จี. เบลโลดี
• บทความ "ต่อสู้กับเมฆ" ในนิตยสารSymmetry
• วิกิ Cornell CESRTA
• "Cloudscapes - การวินิจฉัยกลุ่มเมฆอิเล็กตรอนในเครื่องเร่งอนุภาคบวก" โดย Paul Preuss เก็บถาวรเมื่อ 23 สิงหาคม 2552 ที่Wayback Machine