I fisici catturano uno sfuggente fantasma 4D nell'acceleratore di particelle del CERN

C'è un fantasma che infesta i tunnel dell'acceleratore di particelle del CERN.

Nel Sincrotrone superprotonicoInfine, i fisici hanno misurato e quantificato la quantità di struttura invisibile che può deviare il percorso delle particelle in essa contenute e creare problemi per la ricerca sulle particelle.

È stato descritto come avvenuto in Spazio scenicoChe può rappresentare uno o più stati di un sistema in movimento. Poiché sono necessari quattro stati per rappresentare la struttura, i ricercatori la vedono come quadridimensionale.

Questa struttura è il risultato di un fenomeno noto come ecoEssere in grado di misurarli e misurarli ci porta un passo avanti verso la soluzione di un problema globale legato agli acceleratori di particelle magnetiche.

“Con questi echi, quello che succede è che le particelle non seguono esattamente il percorso che vogliamo e quindi volano via e si perdono”. dice il fisico Giuliano Franchitti A GSI In Germania. “Ciò degrada il raggio e rende difficile raggiungere i parametri del raggio desiderati.”

La risonanza si verifica quando due sistemi interagiscono e si sincronizzano. Potrebbe essere un'eco emergente tra Orbite planetarie Quando interagiscono con la gravità nel loro viaggio attorno a una stella, o diapason, iniziano a girare Ciclo simpatico Quando le onde sonore di un altro diapason entrano in collisione con i suoi denti.

Utilizzo di acceleratori di particelle Magnete forte Che generano campi elettromagnetici per dirigere e accelerare fasci di particelle dove i fisici vogliono che vadano. Squillo Possono verificarsi in un acceleratore a causa di difetti nel magnete, creando una struttura magnetica che interagisce con le particelle in modi problematici.

Quanti più gradi di libertà esibisce un sistema dinamico, tanto più complessa diventa la sua descrizione matematica. Le particelle che si muovono attraverso un acceleratore di particelle vengono generalmente descritte utilizzando solo due gradi di libertà, riflettendo le due coordinate necessarie per individuare un punto su una griglia piatta.

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Per descrivere le strutture al suo interno è necessario mapparle utilizzando caratteristiche aggiuntive nello spazio delle fasi oltre le sole dimensioni dall'alto verso il basso e da sinistra a destra; Cioè, sono necessari quattro parametri per mappare ciascun punto nello spazio.

Questo, Lo dicono i ricercatoriè qualcosa che può facilmente eludere le nostre intuizioni ingegneristiche.

La struttura di risonanza 4D misurata dai ricercatori del Super Proton Synchrotron. (H. Bartosek, J. Franchitti, F. Schmidt, Fisica della natura2024)

“Nella fisica degli acceleratori, il pensiero è spesso ad un solo livello.” dice Franchitti. Tuttavia, per mappare la risonanza, il fascio di particelle deve essere misurato su entrambi i piani orizzontale e verticale.

Sembra semplice, ma se sei abituato a pensare a qualcosa in un certo modo, potrebbe essere necessario uno sforzo per pensare fuori dagli schemi. Comprendere gli effetti della risonanza sul fascio di particelle ha richiesto alcuni anni, oltre ad alcune massicce simulazioni al computer.

Tuttavia, queste informazioni aprirono la strada a Franchitti, insieme ai fisici Hannes Bartosek e Frank Schmidt del CERN, per misurare finalmente l'anomalia magnetica.

Utilizzando monitor di posizione del raggio lungo il Super Sincrotrone Protonico, hanno misurato la posizione delle particelle per circa 3.000 raggi. Misurando con precisione il punto in cui le particelle erano centrate o deviate da un lato, sono stati in grado di creare una mappa della risonanza che insegue l'acceleratore.

“Ciò che rende la nostra ultima scoperta così speciale è che mostra come si comportano le singole particelle in doppia risonanza”. Bartosek dice. “Possiamo dimostrare che i risultati sperimentali sono coerenti con quanto previsto sulla base della teoria e della simulazione”.

Il prossimo passo è sviluppare una teoria che descriva come si comportano le singole particelle in presenza della risonanza dell’acceleratore. I ricercatori affermano che questo alla fine fornirà loro un nuovo modo per mitigare il degrado del fascio e ottenere i fasci ad alta risoluzione richiesti per gli attuali e futuri esperimenti di accelerazione delle particelle.

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La ricerca del team è stata pubblicata in Fisica della natura.

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