Physiker fangen einen schwer fassbaren 4D-Geist im Teilchenbeschleuniger CERN ein

In den Teilchenbeschleunigertunneln des CERN spukt ein Geist.

Im Super-Protonen-SynchrotronSchließlich haben Physiker die Menge unsichtbarer Strukturen gemessen und quantifiziert, die den Weg der darin enthaltenen Teilchen umlenken und Probleme für die Teilchenforschung schaffen können.

Es wurde beschrieben, dass es in auftritt BühnenraumDies kann einen oder mehrere Zustände eines sich bewegenden Systems darstellen. Da zur Darstellung der Struktur vier Zustände erforderlich sind, betrachten Forscher sie als vierdimensional.

Diese Struktur ist das Ergebnis eines Phänomens, das als bekannt ist EchoDie Möglichkeit, sie zu messen und zu messen, bringt uns der Lösung eines globalen Problems im Zusammenhang mit Magnetteilchenbeschleunigern einen Schritt näher.

„Bei diesen Echos passiert es, dass die Teilchen nicht genau dem Weg folgen, den wir wollen, und dann wegfliegen und verloren gehen.“ sagt der Physiker Giuliano Franchitti Zu GSI in Deutschland. „Dadurch verschlechtert sich der Strahl und es ist schwierig, die gewünschten Strahlparameter zu erreichen.“

Resonanz entsteht, wenn zwei Systeme interagieren und synchronisieren. Es könnte ein aufkommendes Echo dazwischen sein Planetenbahnen Wenn sie auf ihrer Reise um einen Stern oder eine Stimmgabel mit der Schwerkraft interagieren, beginnen sie sich zu drehen Sympathische Schleife Wenn Schallwellen einer anderen Stimmgabel mit deren Zähnen kollidieren.

Einsatz von Teilchenbeschleunigern Starker Magnet Sie erzeugen elektromagnetische Felder, um Teilchenstrahlen dorthin zu lenken und zu beschleunigen, wo die Physiker sie haben wollen. Klingeln Sie können in einem Beschleuniger aufgrund von Defekten im Magneten auftreten und eine magnetische Struktur erzeugen, die auf problematische Weise mit Partikeln interagiert.

Je mehr Freiheitsgrade ein dynamisches System aufweist, desto komplexer wird seine mathematische Beschreibung. Teilchen, die sich durch einen Teilchenbeschleuniger bewegen, werden typischerweise mit nur zwei Freiheitsgraden beschrieben, die die beiden Koordinaten widerspiegeln, die zum Lokalisieren eines Punktes auf einem flachen Gitter erforderlich sind.

Um die darin enthaltenen Strukturen zu beschreiben, ist es erforderlich, sie mithilfe zusätzlicher Merkmale im Phasenraum abzubilden, die über die Dimensionen von oben nach unten und von links nach rechts hinausgehen. Das heißt, es werden vier Parameter benötigt, um jeden Punkt im Raum abzubilden.

Das, Forscher sagenist etwas, das sich unserer technischen Intuition leicht entziehen kann.

„In der Beschleunigerphysik wird oft nur auf einer Ebene gedacht.“ sagt Franchitti. Um die Resonanz abzubilden, muss der Teilchenstrahl jedoch sowohl in der horizontalen als auch in der vertikalen Ebene gemessen werden.

Es klingt einfach, aber wenn Sie es gewohnt sind, über etwas auf eine bestimmte Art und Weise zu denken, kann es anstrengend sein, über den Tellerrand hinaus zu denken. Das Verständnis der Auswirkungen der Resonanz auf den Teilchenstrahl erforderte einige Jahre und einige umfangreiche Computersimulationen.

Diese Informationen ebneten Franchitti jedoch zusammen mit den Physikern Hannes Bartosek und Frank Schmidt vom CERN den Weg, die magnetische Anomalie endlich zu messen.

Mithilfe von Strahlpositionsmonitoren entlang des Super-Protonen-Synchrotrons maßen sie die Teilchenposition für etwa 3.000 Strahlen. Durch die genaue Messung, wo die Teilchen zentriert oder zur Seite abgelenkt waren, konnten sie eine Karte der Resonanz erstellen, die dem Beschleuniger nachjagt.

„Das Besondere an unserer neuesten Entdeckung ist, dass sie zeigt, wie sich einzelne Teilchen in Doppelresonanz verhalten.“ sagt Bartosek. „Wir können zeigen, dass die experimentellen Ergebnisse mit den auf Theorie und Simulation basierenden Vorhersagen übereinstimmen.“

Der nächste Schritt besteht darin, eine Theorie zu entwickeln, die beschreibt, wie sich einzelne Teilchen in Gegenwart einer Beschleunigerresonanz verhalten. Die Forscher sagen, dass ihnen dies letztendlich eine neue Möglichkeit bieten wird, die Strahlverschlechterung zu mildern und die hochauflösenden Strahlen zu erreichen, die für aktuelle und zukünftige Teilchenbeschleunigungsexperimente erforderlich sind.

Die Forschung des Teams wurde in veröffentlicht Naturphysik.