Fizicienii captează o fantomă 4D evazivă în acceleratorul de particule CERN

Există o fantomă care bântuie tunelurile acceleratoare de particule ale CERN.

În Super sincrotron cu protoniÎn cele din urmă, fizicienii au măsurat și cuantificat cantitatea de structură invizibilă care poate devia calea particulelor conținute în ea și poate crea probleme pentru cercetarea particulelor.

A fost descrisă ca având loc în Spațiul scenicCare poate reprezenta una sau mai multe stări ale unui sistem în mișcare. Deoarece sunt necesare patru stări pentru a reprezenta structura, cercetătorii o consideră cu patru dimensiuni.

Această structură este rezultatul unui fenomen cunoscut sub numele de ecouCapacitatea de a le măsura și măsura ne duce cu un pas mai aproape de rezolvarea unei probleme globale legate de acceleratorii de particule magnetice.

„Cu aceste ecouri, ceea ce se întâmplă este că particulele nu urmează exact calea pe care o dorim, apoi zboară și se pierd.” spune fizicianul Giuliano Franchitti la GSI În Germania. „Acest lucru degradează fasciculul și face dificilă atingerea parametrilor de fascicul dorit.”

Rezonanța apare atunci când două sisteme interacționează și se sincronizează. Ar putea fi un ecou emergent între Orbite planetare Pe măsură ce interacționează cu gravitația în călătoria lor în jurul unei stele sau diapazon, încep să se învârtească Bucla simpatică Când undele sonore de la un alt diapazon se ciocnesc de dinții acestuia.

Utilizarea acceleratorilor de particule Magnet puternic Care generează câmpuri electromagnetice pentru a direcționa și accelera fasciculele de particule acolo unde fizicienii doresc ca acestea să ajungă. Sună Ele pot apărea într-un accelerator din cauza defectelor magnetului, creând o structură magnetică care interacționează cu particulele în moduri problematice.

Cu cât un sistem dinamic prezintă mai multe grade de libertate, cu atât descrierea sa matematică devine mai complexă. Particulele care se deplasează printr-un accelerator de particule sunt de obicei descrise folosind doar două grade de libertate, reflectând cele două coordonate necesare pentru a localiza un punct pe o grilă plană.

Descrierea structurilor din acestea necesită maparea lor folosind caracteristici suplimentare în spațiul de fază dincolo de dimensiunile de sus în jos și de la stânga la dreapta; Adică, sunt necesari patru parametri pentru a mapa fiecare punct din spațiu.

acest, spun cercetătoriieste ceva care poate scăpa cu ușurință de intuițiile noastre inginerești.

„În fizica acceleratoarelor, gândirea este adesea la un singur nivel.” spune Franchitti. Cu toate acestea, pentru a mapa rezonanța, fasciculul de particule trebuie măsurat atât pe planul orizontal, cât și pe cel vertical.

Sună simplu, dar dacă sunteți obișnuit să vă gândiți la ceva într-un anumit fel, poate fi nevoie de efort să gândiți în afara cutiei. Înțelegerea efectelor rezonanței asupra fasciculului de particule a durat câțiva ani, precum și unele simulări masive pe computer.

Cu toate acestea, aceste informații au deschis calea lui Franchitti, împreună cu fizicienii Hannes Bartosek și Frank Schmidt de la CERN, să măsoare în sfârșit anomalia magnetică.

Folosind monitoare de poziție a fasciculului de-a lungul Sincrotronului Super Proton, ei au măsurat poziția particulelor pentru aproximativ 3.000 de fascicule. Măsurând cu precizie locul în care particulele erau centrate sau deviate într-o parte, au reușit să creeze o hartă a rezonanței urmărind acceleratorul.

„Ceea ce face ultima noastră descoperire atât de specială este că arată modul în care particulele individuale se comportă în dublă rezonanță.” spune Bartosek. „Putem demonstra că rezultatele experimentale sunt în concordanță cu ceea ce a fost prezis pe baza teoriei și simulării.”

Următorul pas este dezvoltarea unei teorii care să descrie modul în care particulele individuale se comportă în prezența rezonanței acceleratorului. Cercetătorii spun că acest lucru le va oferi în cele din urmă o nouă modalitate de a atenua degradarea fasciculului și de a obține fasciculele de înaltă rezoluție necesare experimentelor actuale și viitoare de accelerare a particulelor.

Cercetarea echipei a fost publicată în Fizica naturii.