Un espectro ronda 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 en su interior y crear problemas para la investigación de partículas.

Se describe que ocurre 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 ven como de cuatro dimensiones.

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 pasa es que las partículas no siguen exactamente el camino que queremos y luego salen volando y se pierden”, dice el físico Giuliano Franchetti en GSI En Alemania. «Esto provoca la degradación del haz y dificulta alcanzar los parámetros requeridos del haz».

La resonancia ocurre cuando dos sistemas interactúan y se sincronizan. ¿Podría ser una resonancia emergente entre órbitas planetarias mientras interactúan gravitacionalmente en su viaje alrededor de una estrella, o un diapasón que comienza a girar juega con amabilidad cuando las ondas sonoras de otro diapasón golpearon sus dientes.

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 sólo dos grados de libertad, lo que refleja las dos coordenadas necesarias para definir un punto en una cuadrícula plana.

Describir estructuras en él requiere mapearlas usando características adicionales en el espacio de fase más allá de las dimensiones de arriba hacia abajo, de izquierda a derecha; es decir, se necesitan cuatro parámetros para mapear cada punto en el espacio.

Eso, los investigadores dicenes algo que fácilmente podría «engañar a nuestra intuición geométrica».

«En la física de aceleradores, el pensamiento generalmente se encuentra 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 simple, pero si estás acostumbrado a pensar en algo de una manera específica, puede que requiera un poco de esfuerzo pensar fuera de lo común. Comprender los efectos de la resonancia en un haz de partículas llevó algunos años y algunas simulaciones por computadora intensas.

Sin embargo, esta información allanó el camino para que Franchetti, junto con los físicos del CERN Hannes Bartosik y Frank Schmidt, midieran finalmente la anomalía magnética.

Utilizando monitores de posición de haces a lo largo del Super Proton Synchrotron, midieron la posición de las partículas en aproximadamente 3.000 haces. Midiendo 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 descubrimiento 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 predijo 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 actuales y futuros.

La investigación del equipo fue publicada en Física de la naturaleza.