Ve spletitých tunelech urychlovače částic v CERNu se skrýval záhadný jev. Vědcům ze Super Proton Synchrotron (SPS) ve spolupráci s vědci z GSI v Darmstadtu se jej podařilo objevit. „Náš nedávný nález je výjimečný,“ uvedla na webu CERNu Naomi Dinmore.
Urychlovač částic v CERNu byl dlouhou dobu „posedlý“ neviditelným problémem, ale fyzikům se ho nakonec podařilo odhalit a nyní plánují jeho odstranění.
Uvnitř přístroje Super Proton Synchrotron byla kvantifikována dříve neviděná struktura schopná měnit trajektorie částic, což představuje výzvu pro vědecký výzkum.
Tato struktura se projevuje ve čtyřech dimenzích, což znamená významný krok v pochopení univerzálních problémů magnetických urychlovačů částic.
Ve fyzice urychlovačů je myšlení často pouze v jedné rovině. „To způsobuje degradaci paprsku a znesnadňuje dosažení požadovaných parametrů tohoto paprsku,“ poznamenává fyzik Giuliano Franchetti z GSI v Německu.
Problém jednorozměrného myšlení
Rezonance, základní jev stojící za uvedenou strukturou, nastává, když se dva systémy synchronizují, podobně jako gravitační interakce planetárních drah nebo sympatické vibrace vidlic. Urychlovače částic používají k vedení paprsků částic silné magnety, ale nedokonalosti těchto magnetů mohou vyvolat rezonance, což komplikuje trajektorie částic.
Složitost problému dále eskaluje s dalšími stupni volnosti v dynamických systémech, které vyžadují čtyři parametry ve fázovém prostoru pro přesné zmapování každého bodu.
„Aby však bylo možné zmapovat rezonanci, je třeba změřit paprsek částic, a to jak napříč horizontální, tak vertikální rovinou,“ vysvětluje Franchetti.
Úspěch po letech studia a počítačových simulací
Pochopení účinků rezonance vyžadovalo roky studia a rozsáhlé počítačové simulace. Přesto tento poznatek vydláždil cestu fyzikům Hannesu Bartosikovi a Franku Schmidtovi z CERNu k měření výše zmíněné a dříve nevyzpytatelné magnetické anomálie.
„Náš nedávný objev je tak výjimečný, že ukazuje, jak se jednotlivé částice chovají ve sdružené rezonanci,“ zdůrazňuje Bartosik.
Jejich podrobná měření pomocí monitoru polohy paprsku načrtla rezonanční mapu, která pronásleduje urychlovač CERN.
„Můžeme ukázat, že experimentální zjištění souhlasí s tím, co bylo předpovězeno na základě teorie a simulace,“ zdůrazňuje Bartosik.
Tým fyziků se nyní snaží vyvinout teorii, která popisuje chování jednotlivých částic uprostřed rezonance urychlovače a nabízí nový přístup ke zmírnění degradace svazku částic. Tento průlomový výzkum, který vyvrcholil studií publikovanou v prestižním časopisu Nature Physics, předznamenává slibnou cestu k překonání problémů v měření uvnitř urychlovače částic.
Autor: Jan Votruba.
