Postoji bauk koji opsjeda tunele akceleratora čestica u CERN-u.
U Super protonskom sinhrotronu, fizičari su konačno izmerili i kvantifikovali nevidljivu strukturu koja može da skrene tok čestica u njoj i stvori probleme za istraživanje čestica.
Opisuje se da se odvija u faznom prostoru, koji može predstavljati jedno ili više stanja sistema u pokretu. Pošto su za predstavljanje strukture potrebna četiri stanja, istraživači je vide kao četvorodimenzionalnu.
Ova struktura je rezultat fenomena poznatog kao rezonancija, a mogućnost da je kvantifikujemo i izmerimo vodi nas korak bliže rešavanju problema koji je univerzalan za akceleratore magnetnih čestica.
„Sa ovim rezonancijama, ono što se dešava je da čestice ne prate tačno put koji želimo, a zatim odlete i izgube se“, kaže fizičar Đulijano Frančeti iz GSI u Nemačkoj. „Ovo uzrokuje degradaciju zraka i otežava postizanje potrebnih parametara zraka.
Rezonancija se javlja kada dva sistema interaguju i sinhronizuju se. To može biti rezonancija koja se pojavljuje između planetarnih orbita dok one gravitaciono deluju u svom putovanju oko zvezde, ili kamerona koja počinje da saosećajno zvoni kada zvučni talasi sa druge viljuške udare u njene zupce.
Akceleratori čestica koriste moćne magnete koji generišu elektromagnetna polja da vode i ubrzaju snopove čestica tamo gde fizičari žele da idu. Rezonancije se mogu javiti u akceleratoru zbog nesavršenosti magneta, stvarajući magnetnu strukturu koja reaguje sa česticama na problematične načine.
Što više stepeni slobode pokazuje dinamički sistem, to je složeniji za matematički opisivanje. Čestice koje se kreću kroz akcelerator čestica se obično opisuju korišćenjem samo dva stepena slobode, odražavajući dve koordinate potrebne za definisanje tačke na ravnoj mreži.
Da bi se opisali strukture u njima, potrebno je njihovo mapiranje koristeći dodatne karakteristike u faznom prostoru izvan samo dimenzija gore-dole, levo-desno; odnosno potrebna su četiri parametra za mapiranje svake tačke u prostoru.
To je, kažu istraživači, nešto što bi vrlo lako moglo da „izbegne našoj geometrijskoj intuiciji“.
„U fizici akceleratora, razmišljanje je često samo u jednoj ravni“, kaže Franšeti. Međutim, da bi se mapirala rezonancija, snop čestica treba da se meri i preko horizontalne i vertikalne ravni.
Zvuči prilično jednostavno, ali ako ste navikli da razmišljate o nečemu na specifičan način, možda će biti potreban napor da razmišljate van okvira. Razumevanje efekata rezonance na snop čestica trajalo je nekoliko godina i neke teške kompjuterske simulacije.
Međutim, ta informacija je otvorila put Franšetiju, zajedno sa fizičarima Hanesom Bartosikom i Frankom Šmitom iz CERN-a, da konačno izmere magnetnu anomaliju.
Koristeći monitore položaja zraka duž superprotonskog sinhrotrona, izmerili su položaj čestica za približno 3.000 zraka. Pažljivim merenjem gde su čestice bile centrirane ili nagnute na jednu stranu, uspeli su da naprave mapu rezonancije koja proganja akcelerator.
„Ono što naše nedavno otkriće čini tako posebnim je to što pokazuje kako se pojedinačne čestice ponašaju u spregnutoj rezonanciji“, kaže Bartosik. „Možemo pokazati da se eksperimentalni nalazi slažu sa onim što je bilo predviđeno na osnovu teorije i simulacije.“
Sledeći korak je razvoj teorije koja opisuje kako se pojedinačne čestice ponašaju u prisustvu rezonance akceleratora. Ovo će im, kažu istraživači, na kraju dati novi način za ublažavanje degradacije zraka i postizanje snopova visoke vernosti potrebnih za tekuće i buduće eksperimente ubrzanja čestica.
Istraživanje tima objavljeno je u Nature Physics.
