Стохасти́ческое охлажде́ние, метод уменьшения разброса скоростей частиц (ионов) и поперечных размеров пучка в кольцевых ускорителях заряженных частиц с помощью широкополосной системы обратной связи; частный случай охлаждения пучков заряженных частиц. Системой измеряется сигнал от частиц пучка, преобразуется в сигнал коррекции и применяется к тем же частицам, постепенно уменьшая их отклонения. Последний воздействует на те же самые частицы, постепенно уменьшая отклонения их скоростей от среднего значения. Термин «стохастическое охлаждение» связан с тем, что сигнал коррекции представляет собой сумму сигналов случайных частиц пучка с добавлением шумов электронных приборов. Поэтому такое охлаждение является стохастическим (случайным) процессом, подобным броуновскому движению. Метод стохастического охлаждения был предложен С. ван дер Мером в 1972 г. (Нобелевская премия по физике совместно с К. Руббиа, 1984).

Различают продольное и поперечное стохастическое охлаждение. Под продольным охлаждением понимают уменьшение разброса скоростей частиц, под поперечным – уменьшение амплитуд горизонтальных или вертикальных колебаний частиц. Как правило, для каждого типа охлаждения (продольное, поперечное, горизонтальное или вертикальное) требуется отдельная система обратной связи.

Измерение сигнала производится с помощью чувствительного устройства – пикапа, в котором пролетающие электрически заряженные частицы пучка индуцируют импульсы напряжения. На выходе пикапа получается сигнал, пропорциональный ошибкам измеренных частиц – отклонениям по скоростям или амплитудам вертикальных или горизонтальных колебаний. Затем сигнал преобразуется так, чтобы он стал пропорционален измеренным ошибкам, но с обратным знаком. Преобразованный сигнал усиливается и подаётся на корректирующее устройство – кикер, в котором создаётся электрическое поле, корректирующее движение частиц. Для того чтобы сигнал коррекции применялся к тем же самым частицам в нужной фазе, необходимо обеспечить точное время распространения сигнала от пикапа до кикера. Поэтому подача сигнала осуществляется с переменными задержками с точностью до $10^{–12}$ с. Скорость стохастического охлаждения пропорциональна ширине полосы пропускания системы. В современных системах ширина полосы пропускания составляет обычно несколько гигагерц.

Стохастическое охлаждение, в отличие от электронного охлаждения пучков заряженных частиц, не приводит к потере частиц пучка, поэтому его использование более выгодно, особенно для накопления редких ионов в накопителях заряженных частиц.