Físicos capturan el esquivo 'fantasma' 4D en el acelerador de partículas del CERN: ScienceAlert

Físicos capturan el esquivo 'fantasma' 4D en el acelerador de partículas del CERN: ScienceAlert

Hay un espectro rondando los túneles de un acelerador de partículas en el CERN.

En el Sincrotrón de superprotonesLos físicos finalmente han medido y cuantificado una estructura invisible que puede desviar el curso de las partículas en su interior y crear problemas para la investigación de partículas.

Se describe que tuvo lugar en espacio de fase, que puede representar uno o más estados de un sistema en movimiento. Como se necesitan cuatro estados para representar la estructura, los investigadores la ven como de cuatro dimensiones.

Esta estructura es el resultado de un fenómeno conocido como resonanciay poder cuantificarlo y medirlo nos acerca un paso más a la solución de un problema universal para los aceleradores de partículas magnéticas.

“Con estas resonancias lo que pasa es que las partículas no siguen exactamente el camino que queremos y por lo tanto salen volando y se pierden”, dice el físico Giuliano Franchetti De GSI en Alemania. «Esto provoca la degradación del haz y dificulta alcanzar los parámetros requeridos».

La resonancia ocurre cuando dos sistemas interactúan y se sincronizan. Podría ser una resonancia emergente entre órbitas planetarias mientras interactúan gravitacionalmente en su viaje alrededor de una estrella, o un diapasón que comienza a hacerlo juega con simpatía cuando las ondas sonoras de otro diapasón golpean sus dientes.

Uso de aceleradores de partículas. imanes potentes que generan campos electromagnéticos para guiar y acelerar haces de partículas hacia donde los físicos quieren que vayan. Resonancias puede ocurrir en el acelerador debido a imperfecciones en los imanes, creando una estructura magnética que interactúa con las partículas de maneras problemáticas.

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Cuantos más grados de libertad exhiba un sistema dinámico, más complejo será describirlo matemáticamente. Las partículas que se mueven a través de un acelerador de partículas generalmente se describen usando solo dos grados de libertad, lo que refleja las dos coordenadas necesarias para definir un punto en una cuadrícula plana.

Para describir las estructuras dentro de él es necesario mapearlas utilizando características adicionales en el espacio de fase más allá de las dimensiones arriba-abajo, izquierda-derecha; es decir, se necesitan cuatro parámetros para mapear cada punto en el espacio.

Este, dicen los investigadoreses algo que fácilmente podría «escapar de nuestra intuición geométrica».

La estructura de resonancia 4D que los investigadores midieron en el Super Proton Synchrotron. (H. Bartosik, G. Franchetti y F. Schmidt, Física de la naturaleza2024)

«En la física de aceleradores, el pensamiento suele estar en un solo plano», Franchetti dice. Sin embargo, para mapear una resonancia, el haz de partículas debe medirse tanto en el plano horizontal como en el vertical.

Suena bastante simple, pero si estás acostumbrado a pensar en algo de una manera específica, puede que requiera un poco de esfuerzo pensar fuera de lo común. Comprender los efectos de la resonancia en un haz de partículas requirió varios años y algunas complejas simulaciones por computadora.

Sin embargo, esa información allanó el camino para que Franchetti, junto con los físicos del CERN Hannes Bartosik y Frank Schmidt, midieran finalmente la anomalía magnética.

Utilizando monitores de posición de haces a lo largo del Super Sincrotrón de Protones, midieron la posición de las partículas de unos 3.000 haces. Al medir cuidadosamente dónde estaban centradas o inclinadas hacia un lado las partículas, pudieron generar un mapa de la resonancia que acecha al acelerador.

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«Lo que hace que nuestro reciente descubrimiento sea tan especial es que muestra cómo se comportan las partículas individuales en una resonancia acoplada». Bartosik dice. «Podemos demostrar que los resultados experimentales concuerdan con lo predicho basándose en la teoría y la simulación».

El siguiente paso es desarrollar una teoría que describa cómo se comportan las partículas individuales en presencia de la resonancia de un acelerador. Según los investigadores, esto les proporcionará en última instancia una nueva forma de mitigar la degradación del haz y obtener los haces de alta fidelidad necesarios para los experimentos de aceleración de partículas en curso y futuros.

La investigación del equipo fue publicada en Física de la naturaleza.

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