4月 20, 2024

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物理学者がCERN粒子加速器でとらえどころのない4Dゴーストを捕捉

物理学者がCERN粒子加速器でとらえどころのない4Dゴーストを捕捉

CERN の粒子加速器トンネルには幽霊が出没しています。

の中に スーパー陽子シンクロトロン最後に、物理学者は、その中に含まれる粒子の経路を変更し、粒子研究に問題を引き起こす可能性がある目に見えない構造の量を測定し、定量化しました。

で発生すると説明されています ステージスペースこれは、移動システムの 1 つまたは複数の状態を表すことができます。 構造を表現するには 4 つの状態が必要であるため、研究者はそれを 4 次元と見なします。

この構造は、として知られる現象の結果です。 エコーそれらを計測・測定できるようになれば、磁性粒子加速器に関連する世界的な問題の解決に一歩近づくことができます。

「これらのエコーがあると、粒子が私たちが望む経路を正確にたどらず、飛び去って行方不明になることが起こります。」 物理学者ジュリアーノ・フランキッティは言う地理院 ドイツ語に。 「これによりビームが劣化し、望ましいビームパラメータに到達することが困難になります。」

共鳴は、2 つのシステムが相互作用して同期するときに発生します。 それは間の新たなエコーである可能性があります 惑星の軌道 星や音叉の周りを回る旅の途中で重力と相互作用すると、回転し始めます。 交感神経ループ 別の音叉からの音波が音叉の歯に衝突するとき。

粒子加速器の使用 強力な磁石 それは電磁場を生成し、物理学者が行きたい場所に粒子ビームを向けて加速します。 鳴っている これらは磁石の欠陥により加速器内で発生し、問題のある形で粒子と相互作用する磁気構造を作り出すことがあります。

動的システムが示す自由度が大きくなるほど、その数学的記述はより複雑になります。 粒子加速器の中を移動する粒子は、通常、平面グリッド上の点の位置を特定するために必要な 2 つの座標を反映する 2 つの自由度のみを使用して記述されます。

その構造を記述するには、単に上から下、左から右の次元を超えて、位相空間内の追加の特徴を使用して構造をマッピングする必要があります。 つまり、空間内の各点をマッピングするには 4 つのパラメーターが必要です。

これ、 研究者らは言う、私たちのエンジニアリングの直観を簡単に回避できるものです。

スーパープロトンシンクロトロンの研究者が測定した4次元共鳴構造。 (H. バルトセク、J. フランキッティ、F. シュミット、 自然物理学、2024)

「加速器物理学では、思考は 1 つのレベルでしか行われないことがよくあります。」 フランキッティ 言う。 ただし、共鳴をマッピングするには、水平面と垂直平面の両方にわたって粒子ビームを測定する必要があります。

簡単そうに聞こえますが、何かを特定の方法で考えることに慣れている場合は、固定観念にとらわれずに考えるのは労力がかかるかもしれません。 粒子ビームに対する共鳴の影響を理解するには、大規模なコンピューター シミュレーションと同様に数年かかりました。

しかし、この情報により、フランキッティ氏は、CERN の物理学者ハンネス・バルトセク氏とフランク・シュミット氏とともに、最終的に磁気異常を測定する道が開かれました。

スーパー陽子シンクロトロンに沿ってビーム位置モニターを使用して、約 3,000 個のビームの粒子位置を測定しました。 粒子がどこに中心にあるか、または片側に偏向しているかを正確に測定することで、加速器を追跡する共鳴のマップを作成することができました。

「私たちの最新の発見が特別なのは、個々の粒子が二重共鳴でどのように振る舞うかを示していることです。」 バルトセクは言う。 「実験結果が理論とシミュレーションに基づいて予測されたものと一致していることを証明できます。」

次のステップは、加速器共鳴の存在下で個々の粒子がどのように動作するかを説明する理論を開発することです。 研究者らは、これにより最終的にはビームの劣化を軽減し、現在および将来の粒子加速実験に必要な高解像度ビームを実現する新しい方法が得られると述べている。

チームの研究は、 自然物理学

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