В туннелях ускорителя частиц CERN обнаружено «привидение»

Физики зафиксировали неуловимое четырёхмерное "привидение" в ускорителе частиц CERN. Учёные на Суперпротонном синхротроне CERN смогли измерить и описать невидимую структуру, влияющую на траекторию частиц, что представляло собой проблему для исследований в этой области. Описываемая структура существует в фазовом пространстве, которое может представлять одно или несколько состояний движущейся системы. Так как для описания структуры требуется четыре состояния, исследователи рассматривают её как четырёхмерную.

Эта структура возникает в результате явления, известного как резонанс, и её измерение приближает нас к решению проблемы, характерной для всех магнитных ускорителей частиц. "Из-за этих резонансов частицы не следуют заданному пути, улетают и теряются," - говорит физик Джулиано Франчетти из GSI в Германии. Это приводит к ухудшению качества пучка и затрудняет достижение необходимых параметров.

Резонанс возникает, когда две системы взаимодействуют и синхронизируются. В ускорителях частиц мощные магниты создают электромагнитные поля для направления и ускорения пучков частиц. Резонансы могут возникать из-за несовершенств магнитов, создавая магнитную структуру, взаимодействующую с частицами проблемными способами.

Чтобы описать структуры в ускорителе, необходимо использовать дополнительные параметры в фазовом пространстве, что требует четырёх параметров для картографирования каждой точки. "Это может ускользнуть от нашего геометрического воображения," - говорит Франчетти. Для картографирования резонанса необходимо измерять пучок частиц в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

Понимание воздействия резонанса на пучок частиц заняло много лет и требовало значительных компьютерных симуляций. Однако эта информация позволила Франчетти и другим физикам CERN впервые измерить магнитную аномалию, используя мониторы положения пучка в Суперпротонном синхротроне.

"Что делает нашу недавнюю находку особенной, так это то, что она показывает поведение отдельных частиц в связанном резонансе," - говорит Ханнес Бартошик. Теперь следующим шагом будет разработка теории, описывающей поведение отдельных частиц в присутствии резонанса в ускорителе, что в итоге поможет улучшить качество пучков для будущих экспериментов с ускорением частиц. Это исследование открывает новые пути для снижения деградации пучков и достижения высококачественных пучков, необходимых для текущих и будущих экспериментов по ускорению частиц.

Результаты работы команды опубликованы в журнале Nature Physics . Исследователи подчёркивают, что их открытие не только демонстрирует поведение отдельных частиц при связанном резонансе, но и подтверждает теоретические предсказания и результаты симуляций. Это значительный шаг вперёд в понимании и управлении процессами в ускорителях частиц, что, безусловно, принесёт новые возможности в будущих исследованиях в этой области.