En vekselvirkning af glidende bjælker

Acceleratorer genererer stråler af subatomære partikler til banebrydende videnskab. Jo større en stråles intensitet, jo flere muligheder der er for at studere partikelinteraktioner. En måde at øge intensiteten på er at flette to bjælker med en teknik kaldet slip-stacking. Imidlertid, når de kombineres, strålernes interaktion kan forårsage ustabilitet.

Her, Jeg opsummerer resultaterne af en undersøgelse, hvor jeg modellerede disse effekter og konkluderede, at en speciel feedback ville gøre strålerne meget mere stabile. Den nødvendige feedback blev derefter designet og implementeret af Nathan Eddy og hans Fermilab -team. Resultatet var en stigning på 20 procent i protonstråleintensitet og et fald i stråletab med en faktor to.

Slip-stacking fordobler intensiteten af ​​partikelstråler. Imidlertid, det gør dem mere tilbøjelige til ustabilitet og partikeltab. For at undertrykke disse uønskede virkninger, en analyse og den resulterende feedback hjalp med at bane vejen for fremtidige partikelacceleratorer, der er afhængige af slip-stacking for at opnå høje intensiteter.

Ved at stable to separate, fuld-til-randen bjælker, forskere maksimerer antallet af partikler, der cirkulerer gennem ringen. Det er godt til at skabe bjælker med høj intensitet, men der er en afvejning.

Accelerator-genererede stråler er lavet af bundter af partikler kaldet bundter. At accelerere to separate bjælker, der ikke kun er i umiddelbar nærhed, men hvis bestanddele er i konstant dans med hinanden, er en stærkt ladet situation. I Fermilabs genbrugsring - en hovedkomponent i laboratoriets accelerationskæde - omfatter hver stråle omkring 500 bundter. Sådan et højt antal gjorde koblet-flok-interaktion til en stærk kilde til kollektive ustabilitet. Dels fordi afstanden mellem de to skråstabelbjælkers bundter altid ændrer sig, stråledynamikken er kompliceret at modellere.

En stor effekt er, at de interagerende bunker støder hinanden fra deres kredsløb. En matematisk model af to-strålesystemet blev foreslået og analyseret, efterfulgt af et forslag til en feedback, der undertrykker disse uønskede afvigelser fra stien. I feedback systemet, pickup sensorer placeret inde i den cirkulære accelerator måler forskydningerne af bundterne fra deres påtænkte kredsløb. En forstærker modtager denne information og sender den derefter til en kicker, der giver de forvildede bundter et spark, der sender dem på den rigtige vej.

Kort efter at ideen om den særlige feedback blev foreslået, et acceleratorhold ledet af Eddy designet og installerede enheden i genbrugsringen. Som resultat, Recycler -bjælketab blev næsten halveret, og stråleintensiteten steg med 20 procent; protonstråleeffekten opnåede 700 kilowatt, et af målene med Fermilabs acceleratorprogram.