Skriven unutar zamršenih tunela akceleratora čestica u CERN-u leži zbunjujući fenomen koji su fizičari tek nedavno razotkrili. Unutar Super Proton Synchrotron instrumenta, kvantificirana je prethodno nevidljiva struktura, sposobna mijenjati putanje čestica, što predstavlja izazov za znanstvena istraživanja.
Opisana kao postojanje unutar faznog prostora, ta se struktura manifestira u četiri dimenzije, označavajući značajan korak u razumijevanju univerzalnih problema akceleratora magnetskih čestica.
Problem jednodimenzionalnog razmišljanja
U fizici akceleratora, razmišljanje je često samo u jednoj ravnini. To uzrokuje degradaciju snopa zraka i otežava postizanje potrebnih parametara tog snopa, primjećuje fizičar Giuliano Franchetti iz GSI-ja u Njemačkoj.
Rezonancija, temeljni fenomen iza navedene strukture, događa se kada se dva sustava sinkroniziraju, slično planetarnim orbitama koje gravitacijski međusobno djeluju ili viljuškama koje simpatički vibriraju. Akceleratori čestica koriste snažne magnete za vođenje zraka čestica, ali nesavršenosti u tim magnetima mogu inducirati rezonancije, komplicirajući putanje čestica.
Složenost problema nadalje eskalira s dodatnim stupnjevima slobode u dinamičkim sustavima, zahtijevajući četiri parametra u faznom prostoru za točno mapiranje svake točke.
Međutim, kako bi se mapirala rezonancija, zraku čestica potrebno je izmjeriti, i preko vodoravne, i okomite ravnine, pojašnjava Franchetti.
Uspjeh nakon godina proučavanja i računalnih simulacija
Razumijevanje učinaka rezonancije zahtijevalo je godine proučavanja i opsežne računalne simulacije. Unatoč tome, to je saznanje utrlo put fizičarima Hannesu Bartosiku i Franku Schmidtu iz CERN-a za mjerenje spomenute prethodno nedokučive magnetske anomalije.
Ono što naše nedavno otkriće čini tako posebnim, jest to što pokazuje kako se pojedinačne čestice ponašaju u spregnutoj rezonanciji, naglašava Bartosik.
Njihova detaljna mjerenja, korištenjem monitora položaja zrake, ocrtala su mapu rezonancije koja opsjeda CERN-ov akcelerator.
Možemo pokazati da se eksperimentalni nalazi slažu s onim što je bilo predviđeno na temelju teorije i simulacije, ističe Bartosik.
Tim sada ima za cilj razviti teoriju koja opisuje ponašanje pojedinačnih čestica usred rezonancije akceleratora, nudeći novi pristup za ublažavanje degradacije snopa zraka čestica. To revolucionarno istraživanje, koje je kulminiralo studijom objavljenom u časopisu Nature Physics, najavljuje obećavajuću putanju prema prevladavanju izazova u mjerenjima unutar akceleratora.
Izvor: Science Alert
