Studerende tester prototype af en magnetisk kappe

I december, fem studerende fra Stony Brook University i New York og deres forskningsprofessor, Nils Feege, indlæst en prototype af en magnetisk kappe i en SUV og tog afsted til US Department of Energy's (DOE) Argonne National Laboratory, næsten 900 miles væk.

Magnetkappen er ikke en magisk beklædningsgenstand, men derimod et afgørende udstyr til en mulig næste generations partikelkollider til at studere atomfysik.

Den foreslåede elektron-ion-kollider, ved at smadre bjælker af elektroner og protoner sammen ved nær lyshastighed, ville være det mest kraftfulde mikroskop, der endnu er udviklet til at forstå, hvordan protonens masse dynamisk genereres fra interaktionen mellem kvarker og gluoner, og derved hjælpe med at belyse de kræfter, der tegner sig for massen af ​​det synlige univers.

En sådan facilitet fungerer ved at lede partikler langs et spor. I slutningen af ​​sporet, partiklerne kolliderer, og detektorer bruger magneter til at opfange målingerne fra disse kollisioner.

Men de indkommende partikelstråler skal beskyttes mod disse detektormagneter, ellers bliver de forstyrret. Så Feege og hans team havde brug for at bygge en cylinder med to modvægtslag, der ville afskærme bjælkerne fra detektorens magnetfelt nær kollisionspunktet uden at forvrænge resten af ​​feltet.

"En superleder skubber magnetfeltlinjer ud, mens et ferromagnetisk materiale omkring det vil trække i feltlinjerne; så hvis du får det helt rigtigt, det vil oprette en feltfri tunnel og annullere alle forstyrrelser udefra, "Sagde Feege.

Dette skaber et område i detektoren, der er usynligt for magnetfeltet - som Harry Potters usynlighedskappe, bortset fra magnetfelter i stedet for lys.

"Den anden skønhed er, at den er passiv, hvilket betyder, at det ikke kræver ekstern elektrisk strøm. Det er en meget elegant løsning, hvis du kan arbejde det rigtigt, " han sagde.

Feege og hans elever brugte næsten tre år på at bygge deres prototype på Stony Brook. De første tests så lovende ud, men de havde brug for at foretage en fuldskala-test i et stærkt og ensartet magnetfelt, der var stort nok til at passe til selve enheden, mens de efterlod nok plads til at måle feltet omkring det.

Derfor roadturen til Argonne, hvor holdet kom til at være de første besøgende til at bruge et nyt anlæg bygget af Argonnes fysiske division med høj energi kaldet 4 Tesla Magnet Facility.

Bygget ud af en genanvendt MR -magnet til at teste detektorkomponenter, Magnetfaciliteten tilbyder stærke, ensartede magnetfelter plus et kæmpe hul center - den eneste i landet, der er stor nok til at rumme kappetestene.

"Deres opsætning var ekstremt nyttig til vores målinger - det gav os mulighed for let at placere vores sensorer og kortlægge magnetfelterne, "Sagde Feege.

Glad for de første resultater, Feege og hans medleder, Stony Brook professor Abhay Deshpande, går fremad, tale med acceleratorforskere for at diskutere, hvordan kappen kunne integreres i et fremtidigt collider -design.

Selvom designet er beregnet til den foreslåede elektron-ion-kollider, en sådan kappe ville være nyttig i mange typer af fremtidige kolliderer, Sagde Feege.

"Da vi byggede Magnetfaciliteten, vi havde i tankerne fra starten at gøre det tilgængeligt for hele fysikfællesskabet, "sagde Marcel Demarteau, som leder højenergifysikafdelingen i Argonne og hjalp med at arrangere holdets tur til magneten. "Vi håber, at dette er begyndelsen på et langt og frugtbart samarbejde, hvor vi udnytter synergierne mellem disse fysiske grene."

Det var den første for et par af de besøgende forskere, også. Stony Brook -gruppens program gør et punkt om at inkludere kandidater; mindst to dusin studerende arbejdede på indsatsen over tre års udvikling, og tre af dem kom med på Argonne -bilturen for at tage målingerne - få et førstehånds kig på, hvordan videnskabskarrierer egentlig ser ud.

"Vi havde kun en bestemt periode til at udføre alle de tests, vi skulle udføre, så som studerende lærer du ting som-hvordan finder vi på løsninger i sidste øjeblik til problemer, der dukker op i farten, "Sagde Feege.

"Det er virkelig en fantastisk oplevelse for dem. Jeg ville have elsket at have gjort det som en kandidat, "sagde Deshpande.