ลำแสงอนุภาคคือกระแสของอนุภาคที่มีประจุหรือ เป็นกลาง ที่ไม่ใช่โฟตอนในเครื่องเร่งอนุภาคอนุภาคเหล่านี้สามารถเคลื่อนที่ด้วยความเร็วใกล้เคียงกับความเร็วแสง^{[ 1 ]}มีความแตกต่างระหว่างการสร้างและการควบคุมลำแสงอนุภาคที่มีประจุและลำแสงอนุภาคที่เป็นกลาง เนื่องจากมีเพียงประเภทแรกเท่านั้นที่สามารถควบคุมได้ในระดับที่เพียงพอโดยอุปกรณ์ที่ใช้แม่เหล็กไฟฟ้าการควบคุมและการวินิจฉัยลำแสงอนุภาคที่มีประจุที่พลังงานจลน์สูงโดยใช้เครื่องเร่งอนุภาคเป็นหัวข้อหลักของฟิสิกส์เครื่องเร่งอนุภาค

อนุภาคที่มีประจุเช่นอิเล็กตรอนโพซิตรอนและโปรตอน สามารถแยกออกจากสภาพแวดล้อม โดยรอบได้ ซึ่งสามารถทำได้โดยกระบวนการต่างๆ เช่นการปล่อยความร้อนหรือการปล่อยประจุไฟฟ้าอุปกรณ์ต่อไปนี้มักใช้เป็นแหล่งกำเนิดลำแสงอนุภาค:

• แหล่งกำเนิดไอออน
• หลอดรังสีแคโทดหรือโดยเฉพาะอย่างยิ่งในส่วนประกอบหนึ่งที่เรียกว่าปืนอิเล็กตรอนนี่คือส่วนประกอบของจอโทรทัศน์และจอคอมพิวเตอร์แบบดั้งเดิมเช่นกัน
• โฟโตแคโทดอาจถูกสร้างขึ้นเป็นส่วนหนึ่งของปืนอิเล็กตรอนโดยใช้ปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริกเพื่อแยกอนุภาคออกจากพื้นผิว^{[ 2 ]}
• ลำแสง นิวตรอนสามารถสร้างขึ้นได้จากลำแสงโปรตอน พลังงานสูง ที่พุ่งชนเป้าหมาย เช่น วัสดุ เบริลเลียม (ดูบทความการบำบัดด้วยอนุภาค )

ลำแสงที่มีประจุอาจถูกเร่งความเร็วได้มากขึ้นโดยใช้โพรงไมโครเวฟที่มี ความถี่เรโซแนนซ์สูง ซึ่งบางครั้งอาจเป็นแบบ ตัวนำ ยิ่งยวด อุปกรณ์เหล่านี้เร่งความเร็วอนุภาคโดยการปฏิสัมพันธ์กับสนามแม่เหล็กไฟฟ้าเนื่องจากความยาวคลื่นของอุปกรณ์นำไฟฟ้าขนาดใหญ่ที่มีโพรงอยู่ใน ย่าน ความถี่วิทยุ (RF) การออกแบบโพรงดังกล่าวและอุปกรณ์ RF อื่นๆ จึงเป็นส่วนหนึ่งของฟิสิกส์เครื่องเร่งอนุภาคด้วย

เมื่อไม่นานมานี้การเร่งอนุภาคด้วยพลาสมาได้กลายเป็นความเป็นไปได้ในการเร่งอนุภาคใน ตัวกลาง พลาสมาโดยใช้พลังงานแม่เหล็กไฟฟ้า จากระบบ เลเซอร์กำลังสูงแบบพัลส์หรือพลังงานจลน์ของอนุภาคประจุอื่นๆ เทคนิคนี้อยู่ระหว่างการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง แต่ในปัจจุบันยังไม่สามารถสร้างลำแสงที่มีคุณภาพเพียงพอและเชื่อถือได้

ในทุกกรณี ลำแสงจะถูกควบคุมทิศทางด้วยแม่เหล็กไดโพลและโฟกัสด้วยแม่เหล็กควอดรูโพลโดยมีเป้าหมายสุดท้ายคือการไปถึงตำแหน่งและขนาดจุดลำแสงที่ต้องการในการทดลอง

ลำแสงอนุภาคพลังงานสูงถูกนำมาใช้ใน การทดลอง ฟิสิกส์อนุภาคในสิ่งอำนวยความสะดวกขนาดใหญ่ ตัวอย่างที่พบได้บ่อยที่สุดคือเครื่องเร่งอนุภาคขนาดใหญ่ (Large Hadron Collider)และ เครื่องเร่ง อนุภาคเทวาตรอน (Tevatron )

ลำแสงอิเล็กตรอนถูกนำมาใช้ในแหล่งกำเนิดแสงซินโครตรอนเพื่อผลิตรังสีเอกซ์ ที่มี สเปกตรัมต่อเนื่อง ในช่วง ความถี่กว้างซึ่งเรียกว่ารังสีซินโครตรอน รังสีเอกซ์นี้ถูกนำไปใช้ที่ลำแสง ของแหล่งกำเนิดแสงซินโครตรอนสำหรับ การวิเคราะห์ทางสเปกโทรสโกปีหลายประเภท( XAS , XANES , EXAFS , μ -XRF , μ -XRD ) เพื่อตรวจสอบและระบุลักษณะโครงสร้างและองค์ประกอบทางเคมีของของแข็งและวัสดุชีวภาพ

ลำแสงอนุภาคพลังงานสูงที่ประกอบด้วยโปรตอนนิวตรอนหรือไอออนบวก( เรียกอีกอย่างว่าไมโครบีม อนุภาค ) อาจถูกนำมาใช้ในการรักษามะเร็งด้วยการบำบัดด้วยอนุภาคได้เช่นกัน

เครื่องเร่งอนุภาคเชิงเส้นใช้ลำแสงอิเล็กตรอนที่มีความเร็วใกล้เคียงกับความเร็วแสงในการรักษามะเร็งที่อยู่ลึกในผู้ป่วย ส่วนการสร้างรังสีเอกซ์เพื่อรักษามะเร็งที่ผิวหนัง สามารถเคลื่อนย้ายเป้าหมายที่ทำจากทังสเตน/โมลิบเดนัมเข้าไปในลำแสงได้

ปรากฏการณ์หลายอย่างในฟิสิกส์ดาราศาสตร์เกิดจากลำแสงอนุภาคชนิดต่างๆ^{[ 3 ]}การระเบิดคลื่นวิทยุประเภท III ของดวงอาทิตย์ ซึ่งเป็นสัญญาณคลื่นวิทยุแบบฉับพลันที่พบได้บ่อยที่สุดจากดวงอาทิตย์ ถูกใช้โดยนักวิทยาศาสตร์เป็นเครื่องมือเพื่อทำความเข้าใจลำแสงอิเล็กตรอนที่เร่งความเร็วจากดวงอาทิตย์ได้ดียิ่งขึ้น^{[ 4 ]}นอกจากนี้ ลำแสงอนุภาคยังก่อให้เกิดความไม่เสถียรเมื่อมีปฏิสัมพันธ์กับพลาสมา ซึ่งอาจนำไปสู่สภาวะที่ก่อให้เกิดคลื่นเดี่ยวไฟฟ้าสถิต^{[ 5 ]}

สำนักงานวิจัยโครงการขั้นสูงของสหรัฐอเมริกาเริ่มทำงานเกี่ยวกับอาวุธลำแสงอนุภาคในปี พ.ศ. 2491 ^{[ 6 ]}แนวคิดทั่วไปของอาวุธดังกล่าวคือการโจมตีวัตถุเป้าหมายด้วยลำแสงอนุภาคเร่งความเร็วที่มีพลังงานจลน์ สูง ซึ่งจะถูกถ่ายโอนไปยังอะตอมหรือโมเลกุลของเป้าหมาย พลังงานที่จำเป็นในการฉายลำแสงที่มีกำลังสูงประเภทนี้เกินกว่าขีดความสามารถในการผลิตของโรงไฟฟ้าในสนามรบมาตรฐานใดๆ^{[ 6 ]}ดังนั้นจึงไม่คาดว่าจะมีการผลิตอาวุธดังกล่าวในอนาคตอันใกล้

• ลำแสงอิเล็กตรอน
• ลำแสงไอออน
• เจ็ทดาราศาสตร์ฟิสิกส์
• ลำแสงอะตอม
• นิวตริโนจากเครื่องเร่งอนุภาค