Ny teoretisk ramme for forbedrede partikelacceleratorer

Fysikere ved Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL), i samarbejde med forskere i Sydkorea og Tyskland, har udviklet en teoretisk ramme for at forbedre stabiliteten og intensiteten af ​​partikelacceleratorstråler. Forskere bruger højenergibjælkerne, som skal være stabil og intens for at arbejde effektivt, at låse op for materiens ultimative struktur. Læger bruger medicinske acceleratorer til at producere bjælker, der kan zappe kræftceller.

"Når fysikere designer den næste generation af acceleratorer, de kunne bruge denne teori til at skabe de mest optimerede fokuserede bjælker, "sagde PPPL -fysikeren Hong Qin. Dr. Qin, Executive Dean på School of Nuclear Science and Technology ved University of Science and Technology of China, er medforfatter til forskningen beskrevet i novembernummeret af Fysisk gennemgangsbreve .

Zipper gennem tunneller eller rør

Acceleratorstråler består af milliarder af ladede partikler, der lyner gennem tunneler eller rør, før de kolliderer med deres mål. I videnskabelige eksperimenter, disse bjælker rammer deres mål med en enorm energitæthed og genererer subatomære partikler, der ikke er set siden det tidlige univers. Den længe eftersøgte Higgs Boson, partiklen, der bærer feltet, der giver masse til nogle grundlæggende partikler, blev opdaget på denne måde i Large Hadron Collider i Europa, verdens største og mest kraftfulde accelerator.

For at en stråle kan bevare sin intensitet, partiklerne i strålen skal forblive tæt sammen, når de lynes gennem strålelinjen. Imidlertid, strålen mister intensitet, da den indbyrdes frastødning af partikler og ufuldkommenheder i acceleratoren nedbryder strålen. For at minimere sådanne forringelser og tab, væggene i store acceleratorer er foret med magneter med høj præcision for at kontrollere deres bevægelse.

Den nye forskning fremmer PPPL's ​​teoretiske arbejde i løbet af de sidste syv år for at forbedre strålepartiklernes stabilitet. Teorien kobler stærkt partiklernes lodrette og vandrette bevægelser - i modsætning til standardteori, der behandler de forskellige bevægelser som uafhængige af hinanden. Resultaterne af teorien "giver vigtige nye teoretiske værktøjer til detaljeret design og analyse af strålemanipulationer med høj intensitet, "ifølge avisen.

Ændring af en mangeårig model

Papiret omhandler et værk fra 1959 af to russiske fysikere, der dannede grundlaget for analyse af egenskaber ved højintensitetsstråler i de sidste årtier. Dette arbejde betragter partikelbevægelserne som ukoblede. Chung og hans medforfattere ændrer den russiske model-kaldet Kapchinskij-Vladimirskij-distributionen-til at omfatte alle koblingskræfter og andre elementer, der kan gøre bjælkerne mere stabile.

Det resulterende teoretiske værktøj, som generaliserede den russiske model, enig godt i simuleringsresultater for Emittance Transfer Experiment i Helmholtz Center i Tyskland, som illustrerede en ny stråle manipulationsteknologi til fremtidige acceleratorer. Mere intense stråler kunne muliggøre opdagelse af nye subatomære partikler, sagde Qin.