Охлажде́ние пучко́в заря́женных части́ц, уменьшение разброса скоростей относительного движения частиц в пучке (т. е. снижение средней скорости теплового движения частиц). Для охлаждения пучков нужно создать силу, направленную против скорости частиц, имеющих отклонения от равновесной энергии и направления движения основного пучка, т. е. ввести потери энергии для таких частиц. Методы охлаждения пучков подразделяют по видам потерь энергии отклонённой частицы; соответственно выделяют радиационное, ионизационное, электронное, лазерное и стохастическое охлаждение.

Радиационное охлаждение основано на испускании частицами, движущимися в магнитном поле, синхротронного излучения. Пропускание пучка через магнитное поле вызывает его охлаждение за счёт потери энергии на излучение. Для равновесных частиц эти потери компенсируются ускоряющей системой. Частицы с большей энергией теряют больше энергии, чем получают, и замедляются до равновесных, а более медленные частицы получают больше энергии, чем теряют, и, соответственно, ускоряются. Этот метод широко применяется в установках на встречных пучках электронов и позитронов для получения пучков с высокой интенсивностью и с малыми поперечными размерами. Позитронов нет в земных условиях, и их создают, облучая мишень электронами высокой энергии. При этом позитроны получаются очень «горячими», и для их накопления нужно использовать охлаждение. Тяжёлые частицы излучают мало; для них радиационное охлаждение начинает проявляться только при энергиях в несколько ТэВ (например, в Большом адронном коллайдере).

При ионизационном охлаждении используются потери энергии частицей при её движении в веществе мишени за счёт столкновения с электронами. Так как частицы пучка могут вступать также в ядерное взаимодействие с ядрами вещества мишени, то ионизационное охлаждение планируется применять в основном к пучкам мюонов – частиц, не вступающих в ядерные взаимодействия.

В 1966 г. Г. И. Будкер предложил использовать для охлаждения пучков вместо вещества мишени пучок холодных электронов, движущийся с той же средней скоростью, что и более тяжёлые частицы (ионы) основного пучка (электронное охлаждение). При этом в сопутствующей системе координат происходит теплообмен двух потоков: «горячие» тяжёлые ионы отдают энергию теплового движения лёгким «холодным» электронам. При электронном охлаждении равновесные частицы не теряют энергию и средняя скорость ионов стремится к средней скорости электронов. Отсутствие ядерного взаимодействия между двумя потоками позволяет удерживать пучки тяжёлых ионов в течение десятков часов и получать разброс энергии пучка менее 10⁻⁶, что соответствует температуре около 1 К.

При лазерном охлаждении кванты монохроматического излучения взаимодействуют с электронной оболочкой иона. Лазерное охлаждение позволяет получать разброс энергии, соответствующий температуре до тысячных долей кельвина в пучках или атомных ловушках (покоящиеся ионы). Этот метод применяют для создания прецизионных стандартов частоты и времени.

В методе стохастического охлаждения, предложенном С. ван дер Мером, использование широкополосных радиотехнических систем обратных связей позволяет подавлять колебания каждой из частиц пучка. Стохастическое охлаждение стало основой систем накопления антипротонов, рождающихся в мишени при облучении её протонами высокой энергии.