Los físicos encontraron al fantasma que inquietaba el acelerador de partículas más famoso del mundo

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Esto es lo que aprenderá cuando lea esta historia:

• El sincrotrón Super Proton de CERN cumplirá 50 en 2026, y tiene un “fantasma” resonante.

• Utilizando las matemáticas, los físicos midieron y modelaron cómo se cruzan estas líneas resonantes.

• El modelado de una forma 3D con el tiempo requiere un sistema 4D de ecuaciones.

En investigación Publicado en la revista Física de la naturalezacientíficos en Sargento En Suiza y la Universidad de Goethe, Frankfurt en Alemania anunció que habían aislado un “fantasma” resonante que afecta cómo se comportan las partículas dentro del Synchotron de Super Proton (SPS).

Es una forma 3D que cambia con el tiempo, lo que significa que se mide mejor en 4D. Y el secreto es la misma razón por la que derramas tu café caminando de regreso a tu escritorio, o súper rebote a tus amigos del trampolín.

El SPS es un anillo de casi cuatro millas de ancho, que se remonta a la década de 1970. Eso suena como la historia antigua, pero el SPS se ha mantenido vital en el CERN. En 2019, recibió un “volcado de haz” mejorado, que es como la rampa de camión fugitiva para los de alta potencia vigas Dentro del SPS. Entonces, cuando los investigadores notaron el fantasma en la máquina, por así decirlo, sabían que era importante mapear y comprender para el trabajo futuro.

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El fantasma es causado por resonancia. Cuando las cosas tienen energía y hacen olas, esas olas pueden interactuar entre sí y crear pequeños loci extraños donde se amplifica la energía. Cuando caminas con café, cada paso crea olas en el líquido que eventualmente se encuentran y se derraman. En el trampolín, una persona salta “hacia” el salto de otra persona y se resuena en un salto mucho más alto. Y en el SPS, derramar su café armónico significa perder fotones esenciales en lo que se conoce como degradación del haz.

“En la física del acelerador, la comprensión de las resonancias y la dinámica no lineal es crucial para evitar la pérdida de haz partículas“, Los científicos explican en el documento. Y cuán complicado es crecer a medida que el problema en cuestión gana más partes móviles y más” grados de libertad “. Cada parte móvil, incluidos los conectores, genera sus propias vibraciones.

La degradación del haz es un gran problema, especialmente a medida que las vigas de protones en cuestión se vuelven cada vez más energizadas y robustas. Y los armónicos en sistemas complejos afectan cualquier experimento donde las partículas interactúen dentro de un recipiente, como la investigación de fusión nuclear en tokamaks. La interferencia armónica, por lo tanto, también es un gran problema al tratar de llegar a la productiva fusión nuclearcrear puntos muertos donde la corriente de energía puede perder energía térmica vital.

Dentro del SPS, las partículas solo tienen dos grados de libertad, lo que no suena tan complejo. Como los fotones dentro de un fibra óptica Línea, estos fotones SLS viajan en un camino general. Pero también pueden “rebotar” dentro de ese camino, porque incluso un haz o cable estrecho todavía tiene grosor. SPS no es una rosquilla gruesa, pero sigue siendo una rosquilla de la vida real, en lugar de un círculo en una ilustración de libros de geometría.

Y ese “rebote” está distorsionado debido a los factores humanos y de la realidad. El SPS puede ser una de las principales instalaciones del mundo, pero todo en la ciencia debe hacerse con lo que tenemos. Imanes Esa potencia de estas instalaciones son imperfectas, e incluso pequeñas fluctuaciones en el magnetismo pueden causar resonancia. Para cuantificar esto, los investigadores tomaron medidas de todo el anillo de SPS y usaron los datos para construir un modelo de matemáticas llamada sección de Poinctaré.

En Sección Poincraréestabiliza un elemento (en este caso, una “línea fija” que los investigadores mencionan en su trabajo) y atraviesan un sistema, mapeando todas las intersecciones de los otros elementos, hasta que forme una “superficie” completa. Los resultados son como una resonancia magnética pero para un sistema dinámico, cuya forma puede cambiar con cada paso, y, en este caso, con la adición de tiempo como el Cuarta dimensión. Y dado que la resonancia en un sistema cerrado como el SPS termina repitiendo, el estudio de superficie 4D puede ser un gif bien hecho.

En sus matemáticas, el equipo descubrió que las líneas fijas podían predecir dónde se reunirían las partículas. Al tomarse el tiempo para estudiar y modelar el fenómeno, esperan ayudar a los investigadores que desarrollan estrategias para amortiguar el efecto de estas líneas armónicas fijas.

El trabajo también podría ayudar a quienes construyen nuevos aceleradores de partículas Trabaje para evitar crear “fantasmas” magnéticos en primer lugar, lo que podría ahorrar mucho dinero manteniendo los haces y los datos más intactos, y ofreciendo resultados de mayor calidad con menos trabajo.

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