Neuer theoretischer Rahmen für verbesserte Teilchenbeschleuniger

Die Wahrheit ist Gift - Höhlengleichnis Adaption (Kann 2019).

Anonim

Physiker am Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) haben in Zusammenarbeit mit Forschern in Südkorea und Deutschland einen theoretischen Rahmen zur Verbesserung der Stabilität und Intensität von Teilchenbeschleunigern entwickelt. Wissenschaftler nutzen die energiereichen Strahlen, die stabil und intensiv sein müssen, um effektiv zu funktionieren und die ultimative Struktur der Materie zu entschlüsseln. Ärzte verwenden medizinische Beschleuniger, um Strahlen zu produzieren, die Krebszellen zappen können.

"Wenn Physiker die nächste Generation von Beschleunigern entwerfen, könnten sie diese Theorie verwenden, um die am besten optimierten fokussierten Strahlen zu erzeugen", sagte der PPPL-Physiker Hong Qin. Dr. Qin, Dekan der Fakultät für Nuklearwissenschaft und Technologie an der Universität für Wissenschaft und Technologie in China, ist ein Co-Autor der in der November-Ausgabe von Physical Review Letters beschriebenen Forschung.

Durch Tunnel oder Röhren durchziehen

Beschleunigerbalken bestehen aus Milliarden von geladenen Teilchen, die durch Tunnel oder Röhren ziehen, bevor sie mit ihren Zielen kollidieren. In wissenschaftlichen Experimenten treffen diese Strahlen ihre Ziele mit einer enormen Energiedichte und erzeugen subatomare Teilchen, die seit dem frühen Universum nicht mehr gesehen wurden. Das lang gesuchte Higgs-Boson, das Teilchen, das das Feld trägt, das einigen fundamentalen Teilchen Masse verleiht, wurde auf diese Weise im Large Hadron Collider in Europa entdeckt, dem größten und leistungsfähigsten Beschleuniger der Welt.

Damit ein Strahl seine Intensität beibehält, müssen die Teilchen in dem Strahl nahe beieinander bleiben, wenn sie durch die Strahllinie reißen. Der Strahl verliert jedoch an Intensität, da die gegenseitige Abstoßung von Teilchen und Unvollkommenheiten des Beschleunigers den Strahl verschlechtert. Um solche Verschlechterungen und Verluste zu minimieren, sind die Wände großer Beschleuniger mit Magneten hoher Präzision ausgekleidet, um ihre Bewegung zu steuern.

Die neue Forschung fördert die theoretische Arbeit von PPPL in den letzten sieben Jahren, um die Stabilität von Strahlpartikeln zu verbessern. Die Theorie koppelt stark die vertikalen und horizontalen Bewegungen der Teilchen - im Gegensatz zur Standardtheorie, die die verschiedenen Bewegungen als voneinander unabhängig behandelt. Die Ergebnisse der Theorie "liefern wichtige neue theoretische Werkzeuge für das detaillierte Design und die Analyse von hochintensiven Strahlmanipulationen", so das Paper.

Ein altmodisches Modell verändern

Der Aufsatz behandelt eine Arbeit von zwei russischen Physikern aus dem Jahr 1959, die die Grundlage für die Analyse der Eigenschaften von Strahlen mit hoher Intensität für die letzten Jahrzehnte bildete. Diese Arbeit betrachtet die Teilchenbewegungen als entkoppelt. Chung und seine Mitautoren modifizieren das russische Modell - die Kapchinskij-Vladimirskij-Verteilung -, um alle Kopplungskräfte und andere Elemente zu berücksichtigen, die die Balken stabiler machen können.

Das resultierende theoretische Werkzeug, das das russische Modell verallgemeinerte, stimmte gut mit Simulationsergebnissen für das Emissionsübertragungsexperiment am Helmholtz-Zentrum in Deutschland überein, die eine neue Strahlmanipulationstechnologie für zukünftige Beschleuniger veranschaulichten. Intensivere Strahlen könnten die Entdeckung neuer subatomarer Teilchen ermöglichen, sagte Qin.

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