Duch w akceleratorze cząstek dał fizykom bardzo ważną lekcję

O tym, co dokładnie się wydarzyło, autorzy tych rewelacji piszą na łamach Nature Physics. Ich publikacja została poświęcona zachowaniu cząstek występujących wewnątrz supersynchotronu SPS.  I choć budowa tego urządzenia sięga lat 70. XX wieku, to z biegiem lat podlegało ono przebudowom. Na przykład w 2019 roku jedna z takich modyfikacji zaowocowała wykryciem “ducha”.

Czytaj też: Druga zasada termodynamiki ma kwantowy odpowiednik. Fizycy nie powiedzieli ostatniego słowa

Jego istnienie, jak wyjaśniają naukowcy stojący za przytoczonym artykułem, jest spowodowane rezonansem. Ten towarzyszy nam w zasadzie na każdym kroku, choć niekoniecznie zdajemy sobie z tego sprawę. Rezonans występuja nawet wtedy, gdy po prostu… maszerujemy czy skaczemy na trampolinie. Nie powinno więc dziwić, że fizycy próbują jak najlepiej zrozumieć rezonanse i dynamikę nieliniową.

Jednym z niemile widzianych zjawisk jest degradacja wiązki, za sprawą którego wiązki protonów stają się coraz bardziej naenergetyzowane i wytrzymałe. Określana mianem harmonicznej, taka interferencja okazuje się wielkim problemem chociażby w eksperymentach poświęconych syntezie jądrowej. W praktyce przejawia się on realizacją scenariusza, w którym strumień energii może ją po prostu tracić. 

SPS to akcelerator cząstek znajdujący się na wyposażeniu CERN. Prowadzone tam eksperymenty ujawniły występowanie pewnych niedokładności magnetycznych

W środku instrumentu znajdującego się na terenie CERN cząstki mają zaledwie dwa stopnie swobody i poruszają się po ogólnej ścieżce. Czasami podlegają jednak odbiciom, które może zostać zniekształcone z powodu różnych czynników. Jednym z elementów wywołujących komplikacje mogą być magnesy generujących minimalne, ale istniejące wahania przekładające się na rezonans.

Chcąc zgłębić ten fenomen, członkowie zespołu badawczego przeprowadzili pomiary, które w ostateczności posłużyły do stworzenia modelu matematycznego zwanego sekcją Poincarégo. Takie mapowanie ma zapewniać szczegółowy wgląd w cały układ, na podobnej zasadzie, jak byśmy wykorzystali metodę rezonansu magnetycznego. Dzięki niemu fizycy zyskali możliwość przewidywania, gdzie będą zbierały się cząstki.

Czytaj też: To kwantowa rewolucja. Komputery kwantowe obserwują łamanie symetrii w ekstremalnych warunkach

W praktyce takie postępy powinny mieć szereg realnych zastosowań. Jakich na przykład? Sami zainteresowani proponują projektowanie akceleratorów cząstek na miarę XXI wieku. Ich dopracowanie miałoby się przełożyć na unikanie zakłóceń i zwiększenie wydajności. To z kolei oznaczałoby zdecydowanie lepsze działania odnoszące się do wytwarzania energii na podobnej zasadzie, jak ma to miejsce na Słońcu.