_ CERN măsoară structura de rezonanță cuplată care poate provoca pierderea de particule în acceleratoare pentru prima dată

Fie că ascultăm muzică sau împingem un leagăn pe terenul de joacă, suntem cu toții familiarizați cu rezonanțe și modul în care acestea amplifică un efect — un sunet sau o mișcare, de exemplu. Cu toate acestea, în acceleratoarele circulare de particule de mare intensitate, rezonanța poate fi un inconvenient, determinând particulele să zboare din cursul lor și ducând la pierderea fasciculului. Prezicerea modului în care rezonanțele și fenomenele neliniare afectează fasciculele de particule necesită o dinamică foarte complexă care să fie dezlegată.

Pentru prima dată, oamenii de știință de la Super Proton Synchrotron (SPS), în colaborare cu oamenii de știință de la GSI din Darmstadt , au putut demonstra experimental existența unei anumite structuri de rezonanță. Deși a fost teoretizată anterior și a apărut în simulări, această structură este foarte dificil de studiat experimental, deoarece afectează particulele dintr-un spațiu cu patru dimensiuni.

Aceste ultime rezultate, publicate în Nature Physics, vor ajuta la îmbunătățirea calitatea fasciculului pentru fascicule cu energie scăzută și cu luminozitate ridicată pentru injectoarele LHC de la CERN și instalația SIS18/SIS100 de la GSI, precum și pentru fasciculele de înaltă energie cu luminozitate mare, cum ar fi LHC și viitorii colisionare de înaltă energie.

„Cu aceste rezonanțe, ceea ce se întâmplă este că particulele nu urmează exact calea pe care o dorim și apoi zboară și se pierd”, spune Giuliano Franchetti, om de știință la GSI și unul dintre autorii lucrării. „Acest lucru cauzează degradarea fasciculului și îngreunează atingerea parametrilor necesari a fasciculului.”

Ideea de a căuta cauza a apărut în 2002, când oamenii de știință de la GSI și CERN și-au dat seama că pierderile de particule au crescut pe măsură ce accelerații împins pentru o intensitate mai mare a fasciculului. „Colaborarea a venit din necesitatea de a înțelege ce limita aceste mașini, astfel încât să putem oferi performanța fasciculului și intensitatea necesare pentru viitor”, spune Hannes Bartosik, om de știință la CERN și un alt autori al lucrării.

A fost nevoie de mult timp pentru a găsi cum să se caute aceste structuri de rezonanță în mod experimental. Acest lucru se datorează faptului că au patru dimensiuni și necesită ca fasciculul să fie măsurat atât în ​​plan orizontal, cât și în plan vertical pentru a vedea dacă există. „În fizica acceleratoarelor, gândirea este adesea într-un singur plan”, adaugă Franchetti.

Pentru a măsura modul în care rezonanța afectează mișcarea particulelor, oamenii de știință au folosit monitoare de poziție a fasciculului în jurul SPS. Peste aproximativ 3.000 de treceri ale fasciculului, monitoarele au măsurat dacă particulele din fascicul erau centrate sau mai multe pe o parte, atât în ​​plan orizontal, cât și în plan vertical. Structura de rezonanță care a fost găsită este prezentată în figura de mai jos.

„Ceea ce face descoperirea noastră recentă atât de specială este că arată modul în care particulele individuale se comportă într-o rezonanță cuplată”, continuă Bartosik. „Putem demonstra că rezultatele experimentale sunt de acord cu ceea ce a fost prezis pe baza teoriei și simulării”.

În timp ce existența structurilor de rezonanță cuplată a fost acum observată experimental, mai sunt multe de făcut pentru a reduce efectul lor dăunător. „Dezvoltăm o teorie pentru a descrie modul în care particulele se mișcă în prezența acestor rezonanțe”, continuă Franchetti. „Cu acest studiu, împreună cu toate cele anterioare, sperăm că vom obține indicii despre cum să evităm sau să minimizăm efectele acestor rezonanțe pentru acceleratoarele actuale și viitoare.”

(Fluierul)