Магнитная аномалия: физики поймали неуловимое 4D-привидение в ускорителе частиц ЦЕРН

Фото: CERN

Согласно исследованию, опубликованному в журнале Nature Physics, физики наконец-то смогли хорошо изучить невидимую структуру в ускорителе частиц ЦЕРН под названием Протонный суперсинхротрон. Эта структура может менять курс движения пучка частиц и создавать проблемы для ученых при изучении этих частиц, пишет ScienceAlert.

Эта структуру описывают как ту, которая возникает в фазовом пространстве, представляющем одно или несколько состояний системы, которая движется. Для отображения структуры необходимо четыре состояния, а потому ее рассматривают как четырехмерную.

Данная невидимая структура возникает в результате такого явления как резонанс и способность ее измерить и количественно оценить приближает физиков к решению универсальной проблемы для магнитных ускорителей частиц.

По словам ученых, из-за резонансов пучки частиц двигаются не в том направлении, которое нужно ученым, а затем частицы разлетаются и исчезают. Таким образом это приводит к ухудшению качества пучка частиц и становится сложнее получить нужные характеристика пучка.

Явление резонанса возникает, когда две системы взаимодействуют и синхронизируются. Например, у планет можно наблюдать орбитальный резонанс, когда происходит гравитационное взаимодействие между двумя мирами во время вращения вокруг звезды.

В ускорителях частиц используют сильные магниты, создающие электромагнитные поля, которые помогают направлять пучки частиц в том направлении, которое необходимо физикам. Но из-за несовершенства магнитов в ускорителях частиц могут возникать резонансы, что приводит к созданию магнитной структуры, которая плохо взаимодействует с частицами.

Динамическую систему намного сложнее описать математически, если она показывает больше степеней свободы. Обычно две степени свободы используют для описания движения частиц в ускорителе, то есть это показывает две пространственные координаты, которые необходимы для определения положения частиц на плоскости.

Но чтобы описать структуры в ускорителе нужно использовать дополнительные функции фазового пространства, то есть нужны измерения не только движения вверх-вниз и вправо-влево, но нужны четыре параметра для отображения частицы в пространстве. По словам физиков, для создания карты резонанса нужно измерить пучок частиц как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях.

Чтобы понять влияние резонанса на пучок частиц в ускорителе ученым потребовалось несколько лет и пришлось использовать компьютерное моделирование. Но полученная информация дала возможность наконец-то измерить магнитную аномалию.

Физики наблюдали за положением пучка частиц Протонном суперсинхротроне и смогли измерить положение частиц примерно для 3 тысяч пучков. Карту резонанса в укорителе удалось создать с помощью измерений того, как расположены частицы – ближе к центру или же они смещены в одну сторону.

По слова авторов исследования, новое открытие является очень важным, ведь удалось показать, как отдельные частицы ведут себя в связанном резонансе. Также удалось показать экспериментальным путем, что теории и модели все правильно предсказывали.

Теперь физики хотят создать теорию, которая будет описывать поведение отдельных частиц при наличии резонанса в ускорителе. Это поможет уменьшить разрушение пуска частиц и позволит получить более точные пучки. Это имеет важнейшее значение как для текущих экспериментов, так и будущих исследований в ускорителе частиц.

Ирина Скиба / Skibair
Журналист AOinform