Fizycy przechwytują nieuchwytnego ducha 4D w akceleratorze cząstek CERN

Tunele akceleratora cząstek CERN nawiedza duch.

w Synchrotron superprotonowyWreszcie fizycy zmierzyli i określili ilościowo ilość niewidzialnej struktury, która może zmienić ścieżkę zawartych w niej cząstek i stworzyć problemy w badaniach cząstek.

Zostało to opisane jako mające miejsce w Przestrzeń scenicznaKtóre mogą reprezentować jeden lub więcej stanów poruszającego się układu. Ponieważ do reprezentowania struktury potrzebne są cztery stany, badacze postrzegają ją jako czterowymiarową.

Struktura ta jest efektem zjawiska zwanego EchoMożliwość ich pomiaru i pomiaru przybliża nas o krok do rozwiązania globalnego problemu związanego z magnetycznymi akceleratorami cząstek.

„W przypadku tych ech cząstki nie podążają dokładnie taką ścieżką, jaką chcemy, a następnie odlatują i gubią się”. mówi fizyk Giuliano Franchitti Do GSI W Niemczech. „To pogarsza wiązkę i utrudnia osiągnięcie pożądanych parametrów wiązki”.

Rezonans występuje, gdy dwa systemy wchodzą w interakcję i synchronizują się. Może to być echo pojawiające się pomiędzy Orbity planet Kiedy wchodzą w interakcję z grawitacją podczas swojej podróży wokół gwiazdy lub kamertonu, zaczynają się obracać Sympatyczna pętla Kiedy fale dźwiękowe z innego kamertonu zderzają się z jego zębami.

Zastosowanie akceleratorów cząstek Silny magnes Generują pola elektromagnetyczne, które kierują i przyspieszają wiązki cząstek tam, gdzie chcą fizycy. Dzwonienie Mogą one wystąpić w akceleratorze na skutek defektów magnesu, tworząc strukturę magnetyczną, która w problematyczny sposób oddziałuje z cząsteczkami.

Im więcej stopni swobody wykazuje układ dynamiczny, tym bardziej złożony staje się jego opis matematyczny. Cząstki przemieszczające się przez akcelerator cząstek są zwykle opisywane przy użyciu tylko dwóch stopni swobody, odzwierciedlających dwie współrzędne potrzebne do zlokalizowania punktu na płaskiej siatce.

Opisanie zawartych w nich struktur wymaga ich mapowania przy użyciu dodatkowych cech przestrzeni fazowej, wykraczających poza wymiary od góry do dołu i od lewej do prawej; Oznacza to, że do odwzorowania każdego punktu w przestrzeni potrzebne są cztery parametry.

Ten, Naukowcy twierdząto coś, co z łatwością może umknąć naszej inżynierskiej intuicji.

„W fizyce akceleratorów myślenie często odbywa się tylko na jednym poziomie”. mówi Franchitti. Aby jednak odwzorować rezonans, wiązkę cząstek należy zmierzyć zarówno w płaszczyźnie poziomej, jak i pionowej.

Brzmi to prosto, ale jeśli jesteś przyzwyczajony do myślenia o czymś w określony sposób, myślenie nieszablonowe może wymagać wysiłku. Zrozumienie wpływu rezonansu na wiązkę cząstek zajęło kilka lat i wymagało przeprowadzenia szeregu masowych symulacji komputerowych.

Jednak informacja ta otworzyła Franchittiemu, wraz z fizykami Hannesem Bartoskiem i Frankiem Schmidtem z CERN, możliwość ostatecznego pomiaru anomalii magnetycznej.

Korzystając z monitorów położenia wiązek w synchrotronie superprotonowym, zmierzyli położenie cząstek dla około 3000 wiązek. Dokładnie mierząc, gdzie cząstki były wyśrodkowane lub odchylone w jedną stronę, udało im się stworzyć mapę rezonansu przepływającego przez akcelerator.

„To, co czyni nasze najnowsze odkrycie tak wyjątkowym, to fakt, że pokazuje, jak poszczególne cząstki zachowują się w podwójnym rezonansie”. – mówi Bartosek. „Możemy wykazać, że wyniki eksperymentów są zgodne z przewidywaniami opartymi na teorii i symulacji”.

Kolejnym krokiem jest opracowanie teorii opisującej zachowanie poszczególnych cząstek w obecności rezonansu akceleratora. Naukowcy twierdzą, że ostatecznie zapewni im to nowy sposób na ograniczenie degradacji wiązki i uzyskanie wiązek o wysokiej rozdzielczości wymaganych w obecnych i przyszłych eksperymentach z przyspieszaniem cząstek.

Wyniki badań zespołu opublikowano w czasopiśmie Fizyka przyrody.