|
Призрак, бродящий по коллайдеру ЦЕРНА
|
|
|
|
В исследовании, опубликованном в журнале Nature Physics, ученые из ЦЕРНА в Швейцарии и Франкфуртского университета имени Гете в Германии объявили, что они выделили резонансный “призрак”, который влияет на поведение частиц внутри суперпротонного синхротрона (SPS).
|
|
|
|
Это трехмерная форма, которая со временем меняется, а значит, ее лучше всего измерять в 4D. И секрет заключается в той же причине, по которой вы проливаете кофе, возвращаясь к своему столу, или подпрыгиваете с друзьями на батуте.
|
|
|
|
SPS - это кольцо диаметром почти четыре мили, построенное в 1970-х годах. Это звучит как древняя история, но SPS по-прежнему играет важную роль в ЦЕРНе. В 2019 году он получил модернизированный “балочный самосвал”, который похож на рампу для разгрузки мощных балок внутри SPS. Итак, когда исследователи заметили, так сказать, призрака в машине, они поняли, что это важно отобразить и понять для будущей работы.
|
|
|
|
Призрак возникает из-за резонанса. Когда предметы обладают энергией и создают волны, эти волны могут взаимодействовать друг с другом и создавать странные маленькие локусы, где энергия усиливается. Когда вы пьете кофе, каждый шаг создает волны в жидкости, которые в конечном итоге встречаются и переливаются через край. На батуте один человек прыгает “в такт” прыжку другого и получает резонанс от прыжка гораздо более высокого уровня. А в SPS пролитие кофе с гармоникой означает потерю важных фотонов в результате так называемого ухудшения качества луча.
|
|
|
|
|
|
|
“В физике ускорителей понимание резонансов и нелинейной динамики имеет решающее значение для предотвращения потери частиц в пучке”, - объясняют ученые в своей статье. И сложность этой задачи возрастает по мере того, как в ней появляется все больше движущихся частей и все больше “степеней свободы”. Каждая движущаяся часть, включая соединители, генерирует свои собственные колебания.
|
|
|
|
Деградация пучка является огромной проблемой, особенно по мере того, как протонные пучки, о которых идет речь, становятся все более энергичными и надежными. Гармоники в сложных системах влияют на любой эксперимент, в котором частицы взаимодействуют внутри сосуда, например, на исследования ядерного синтеза в токамаках. Таким образом, гармонические помехи также являются огромной проблемой при попытке достичь эффективного ядерного синтеза, создавая мертвые зоны, где поток энергии может терять жизненно важную тепловую энергию.
|
|
|
|
Внутри SPS частицы имеют только две степени свободы, что звучит не так уж сложно. Подобно фотонам внутри волоконно-оптической линии, фотоны SLS движутся по общей траектории. Но они также могут “подпрыгивать” в пределах этой траектории, потому что даже узкая балка или кабель все равно имеют толщину. SPS - это не толстый пончик, но все же это настоящий пончик, а не круг на иллюстрации в учебнике геометрии.
|
|
|
|
И этот “отскок” искажается из-за человеческого фактора и факторов реальности. SPS может быть одним из лучших в мире, но все, что касается науки, должно быть сделано из того, что у нас есть. Магниты, питающие эти установки, несовершенны, и даже незначительные колебания магнитного поля могут вызвать резонанс. Чтобы количественно оценить это, исследователи провели измерения по всему кольцу SPS и использовали полученные данные для построения математической модели, называемой сечением Пуанкаре.
|
|
|
|
В разрезе Пуанкаре вы стабилизируете один элемент (в данном случае “фиксированную линию”, о которой упоминают исследователи в своей статье) и проходите через систему, отображая все пересечения других элементов, пока не сформируете целую “поверхность”. Результаты похожи на магнитно—резонансную томографию, но для динамической системы, форма которой может меняться с каждым шагом - и, в данном случае, с добавлением времени в качестве четвертого измерения. А поскольку резонанс в такой замкнутой системе, как SPS, в конечном итоге повторяется, 4D-исследование поверхности может повторяться как хорошо сделанный GIF-файл.
|
|
|
|
С помощью математических расчетов команда обнаружила, что фиксированные линии могут предсказать, где будут собираться частицы. Потратив время на изучение и моделирование этого явления, они надеются помочь исследователям, которые разрабатывают стратегии, позволяющие ослабить влияние этих фиксированных гармонических линий.
|
|
|
|
Эта работа также могла бы помочь тем, кто создает новые ускорители элементарных частиц, в первую очередь избежать создания магнитных “призраков”, что позволило бы сэкономить много денег за счет сохранения целостности лучей и данных и получения более качественных результатов при меньших затратах труда.
|
|
|
|
Источник
|
