Hay un espectro rondando los túneles de un acelerador de partículas en el CERN.
En el Sincrotrón de súper protoneslos físicos finalmente han medido y cuantificado una estructura invisible que puede desviar el curso de las partículas contenidas en ella y crear problemas para la investigación de partículas.
Se describe que tuvo lugar en espacio de fase, que puede representar uno o más estados de un sistema en movimiento. Dado que se necesitan cuatro estados para representar la estructura, los investigadores la consideran cuatridimensional.
Esta estructura es el resultado de un fenómeno conocido como resonanciay poder cuantificarlo y medirlo nos acerca un paso más a resolver un problema universal para los aceleradores de partículas magnéticas.
“Con estas resonancias lo que sucede es que las partículas no siguen exactamente el camino que queremos y luego salen volando y se pierden”, dice el físico Giuliano Franchetti de GSI en Alemania. “Esto provoca la degradación del haz y dificulta alcanzar los parámetros requeridos”.
La resonancia ocurre cuando dos sistemas interactúan y se sincronizan. Podría ser una resonancia que está surgiendo entre órbitas planetarias mientras interactúan gravitacionalmente en su viaje alrededor de una estrella, o un diapasón que comienza a suena con simpatía cuando las ondas sonoras de otro diapasón golpean sus púas.
Uso de aceleradores de partículas. imanes potentes que generan campos electromagnéticos para guiar y acelerar haces de partículas hacia donde los físicos quieren que vayan. Resonancias Puede ocurrir en el acelerador debido a imperfecciones en los imanes, creando una estructura magnética que interactúa con las partículas de maneras problemáticas.
Cuantos más grados de libertad exhiba un sistema dinámico, más complejo será describirlo matemáticamente. Las partículas que se mueven a través de un acelerador de partículas generalmente se describen usando solo dos grados de libertad, lo que refleja las dos coordenadas necesarias para definir un punto en una cuadrícula plana.
Para describir las estructuras allí es necesario mapearlas utilizando características adicionales en el espacio de fase más allá de las dimensiones arriba-abajo, izquierda-derecha; es decir, se necesitan cuatro parámetros para mapear cada punto en el espacio.
Este, los investigadores dicenes algo que muy fácilmente podría “eludir nuestra intuición geométrica”.
“En la física de aceleradores, el pensamiento suele estar en un solo plano”, Franchetti dice. Sin embargo, para mapear una resonancia, el haz de partículas debe medirse tanto en el plano horizontal como en el vertical.
Suena bastante sencillo, pero si estás acostumbrado a pensar en algo de una manera específica, puede que te cueste un esfuerzo pensar fuera de lo común. Comprender los efectos de la resonancia en un haz de partículas llevó bastantes años y algunas simulaciones por computadora considerables.
Sin embargo, esa información abrió el camino para que Franchetti, junto con los físicos Hannes Bartosik y Frank Schmidt del CERN, midieran finalmente la anomalía magnética.
Utilizando monitores de posición de haces a lo largo del Super Proton Synchrotron, midieron la posición de las partículas de aproximadamente 3.000 haces. Al medir cuidadosamente dónde estaban centradas o inclinadas hacia un lado las partículas, pudieron generar un mapa de la resonancia que acecha al acelerador.
“Lo que hace que nuestro reciente hallazgo sea tan especial es que muestra cómo se comportan las partículas individuales en una resonancia acoplada”. Bartosik dice. “Podemos demostrar que los hallazgos experimentales concuerdan con lo que se había predicho basándose en la teoría y la simulación”.
El siguiente paso es desarrollar una teoría que describa cómo se comportan las partículas individuales en presencia de la resonancia de un acelerador. Esto, dicen los investigadores, les brindará en última instancia una nueva forma de mitigar la degradación del haz y lograr los haces de alta fidelidad necesarios para los experimentos de aceleración de partículas en curso y futuros.
La investigación del equipo ha sido publicada en Física de la naturaleza.