Físicos capturam 'fantasma' 4D indescritível no acelerador de partículas do CERN: WebCuriosos
Há um espectro assombrando os túneis de um acelerador de partículas do CERN.
No Síncrotron Super Prótonos físicos finalmente mediram e quantificaram uma estrutura invisível que pode desviar o curso das partículas nela contidas e criar problemas para a pesquisa de partículas.
É descrito como ocorrendo em espaço de faseque pode representar um ou mais estados de um sistema em movimento. Como são necessários quatro estados para representar a estrutura, os pesquisadores a veem como quadridimensional.
Essa estrutura é resultado de um fenômeno conhecido como ressonânciae ser capaz de quantificá-lo e medi-lo nos leva um passo mais perto de resolver um problema universal para aceleradores de partículas magnéticas.
“Com essas ressonâncias, o que acontece é que as partículas não seguem exatamente o caminho que queremos e depois voam e se perdem”, diz o físico Giuliano Franchetti de GSI na Alemanha. “Isso causa degradação do feixe e dificulta o alcance dos parâmetros de feixe exigidos.”
A ressonância ocorre quando dois sistemas interagem e sincronizam. Poderia ser uma ressonância emergente entre órbitas planetárias à medida que interagem gravitacionalmente em sua jornada ao redor de uma estrela, ou um diapasão que começa a girar tocar com simpatia quando as ondas sonoras de outro diapasão atingiram seus dentes.
Uso de aceleradores de partículas ímãs poderosos que geram campos eletromagnéticos para guiar e acelerar feixes de partículas para onde os físicos desejam que eles vão. Ressonâncias pode ocorrer no acelerador devido a imperfeições nos ímãs, criando uma estrutura magnética que interage com as partículas de maneiras problemáticas.
Quanto mais graus de liberdade um sistema dinâmico exibe, mais complexo é descrevê-lo matematicamente. As partículas que se movem através de um acelerador de partículas são geralmente descritas usando apenas dois graus de liberdade, refletindo as duas coordenadas necessárias para definir um ponto em uma grade plana.
Descrever estruturas nele requer mapeá-las usando recursos adicionais no espaço de fase além das dimensões de cima para baixo, esquerda-direita; isto é, são necessários quatro parâmetros para mapear cada ponto no espaço.
Esse, dizem os pesquisadoresé algo que poderia facilmente “iludir a nossa intuição geométrica”.
“Na física dos aceleradores, o pensamento geralmente está em apenas um plano”, Franchetti diz. Para mapear uma ressonância, entretanto, o feixe de partículas precisa ser medido nos planos horizontal e vertical.
Parece bastante simples, mas se você está acostumado a pensar em algo de uma maneira específica, pode ser necessário um esforço para pensar fora da caixa. Compreender os efeitos da ressonância em um feixe de partículas levou alguns anos e algumas simulações de computador pesadas.
No entanto, essa informação abriu caminho para Franchetti, juntamente com os físicos Hannes Bartosik e Frank Schmidt do CERN, finalmente medirem a anomalia magnética.
Usando monitores de posição de feixe ao longo do Super Proton Synchrotron, eles mediram a posição das partículas em aproximadamente 3.000 feixes. Medindo cuidadosamente onde as partículas estavam centradas ou inclinadas para um lado, eles foram capazes de gerar um mapa da ressonância que assombra o acelerador.
“O que torna a nossa recente descoberta tão especial é que ela mostra como as partículas individuais se comportam numa ressonância acoplada,” Bartosik diz. “Podemos demonstrar que as descobertas experimentais concordam com o que foi previsto com base na teoria e na simulação”.
O próximo passo é desenvolver uma teoria que descreva como as partículas individuais se comportam na presença de uma ressonância do acelerador. Isto, dizem os pesquisadores, acabará por lhes dar uma nova maneira de mitigar a degradação do feixe e alcançar os feixes de alta fidelidade necessários para experimentos atuais e futuros de aceleração de partículas.
A pesquisa da equipe foi publicada em Física da Natureza.
