doi.org/10.1038/s41567-023-02338-3
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#CERN
Há um espectro assombrando os túneis de um acelerador de partículas do CERN.
No Super Proton Synchrotron, os físicos finalmente mediram e quantificaram uma estrutura invisível que pode desviar o curso das partículas nele contidas e criar problemas para a pesquisa de partículas.
É descrito como ocorrendo no espaço de fase, que pode representar um ou mais estados de um sistema em movimento.
Como são necessários quatro estados para representar a estrutura, os pesquisadores a veem como quadridimensional.
Essa estrutura é resultado de um fenômeno conhecido como ressonância, e ser capaz de quantificá-la e medi-la nos leva um passo mais perto de resolver um problema universal aos aceleradores de partículas magnéticas.
“Com essas ressonâncias, o que acontece é que as partículas não seguem exatamente o caminho que queremos e depois voam e se perdem”, diz o físico Giuliano Franchetti, do GSI, na Alemanha.
“Isso causa degradação do feixe e dificulta o alcance dos parâmetros de feixe exigidos.” A ressonância ocorre quando dois sistemas interagem e sincronizam.
Poderia ser uma ressonância emergindo entre as órbitas planetárias à medida que elas interagem gravitacionalmente em sua jornada ao redor de uma estrela, ou um diapasão que começa a tocar simpaticamente quando ondas sonoras de outro diapasão atingem seus dentes.
Os aceleradores de partículas usam ímãs poderosos que geram campos eletromagnéticos para guiar e acelerar feixes de partículas para onde os físicos desejam que eles cheguem.
Podem ocorrer ressonâncias no acelerador devido a imperfeições nos ímãs, criando uma estrutura magnética que interage com as partículas de maneiras problemáticas.
Quanto mais graus de liberdade um sistema dinâmico exibe, mais complexo é descrevê-lo matematicamente.
As partículas que se movem através de um acelerador de partículas são geralmente descritas usando apenas dois graus de liberdade, refletindo as duas coordenadas necessárias para definir um ponto em uma grade plana.
Descrever estruturas nele requer mapeá-las usando recursos adicionais no espaço de fase além das dimensões de cima para baixo, esquerda-direita; isto é, são necessários quatro parâmetros para mapear cada ponto no espaço.
Isto, dizem os pesquisadores, é algo que poderia facilmente “iludir a nossa intuição geométrica”.
“Na física dos aceleradores, o pensamento geralmente ocorre em apenas um plano”, diz Franchetti.
Para mapear uma ressonância, entretanto, o feixe de partículas precisa ser medido nos planos horizontal e vertical.
Parece bastante simples, mas se você está acostumado a pensar em algo de uma maneira específica, pode ser necessário um esforço para pensar fora da caixa.
Compreender os efeitos da ressonância em um feixe de partículas levou alguns anos e algumas simulações de computador pesadas.
No entanto, essa informação abriu caminho para Franchetti, juntamente com os físicos Hannes Bartosik e Frank Schmidt do CERN, finalmente medirem a anomalia magnética.
Usando monitores de posição de feixe ao longo do Super Proton Synchrotron, eles mediram a posição das partículas em aproximadamente 3.000 feixes.
Medindo cuidadosamente onde as partículas estavam centradas ou inclinadas para um lado, eles foram capazes de gerar um mapa da ressonância que assombra o acelerador.
“O que torna a nossa descoberta recente tão especial é que ela mostra como as partículas individuais se comportam numa ressonância acoplada”, diz Bartosik.
“Podemos demonstrar que as descobertas experimentais concordam com o que foi previsto com base na teoria e na simulação”.
O próximo passo é desenvolver uma teoria que descreva como as partículas individuais se comportam na presença de uma ressonância do acelerador.
Isto, dizem os pesquisadores, acabará por lhes dar uma nova maneira de mitigar a degradação do feixe e alcançar os feixes de alta fidelidade necessários para experimentos atuais e futuros de aceleração de partículas.
Publicado em 31/03/2024 00h28
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