Forskere stiller ind på proton -spin -recession

Forskere ved det amerikanske energiministeriums Brookhaven National Laboratory har udviklet en ikke-invasiv måde at måle "spin tune" af polariserede protoner ved Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) - en vigtig faktor for at opretholde disse spindende partiklers justering.

Teknikken ligner den måde magnetisk resonansbilleddannelse (MRI) manipulerer protonspin for at "se" strukturer inde i kroppen. Og ligesom MR, Teknikken kan bruges som et "diagnostisk" værktøj – i dette tilfælde til at forbedre kolliderens ydeevne, da den undersøger, hvordan protonernes indre byggesten bidrager til deres spin.

"For at forstå, hvordan byggestenene i protoner - kvarker og gluoner - bidrager til spin, vi kolliderer med stråler af protoner, hvis individuelle spin-retninger er "polariserede, "betyder justeret så meget som muligt, sagde Thomas Roser, leder af Brookhaven Labs Collider Accelerator-afdeling. Men eksterne kræfter og nogle metoder til at måle afvigelser kan "depolarisere" strålerne.

Den nye teknik måler størrelsen og frekvensen af ​​protonernes præcession - en cirkulær afvigelse af disse roterende partiklers akser fra deres perfekt afstemte bane - uden at destabilisere strålerne.

"Vi kan måle præcession non-invasivt, mens acceleratoren fungerer, "Roser sagde." Det giver os oplysninger, vi kan bruge til at foretage justeringer, der holder protonerne på linje. "

Hvad får protoner til at vakle

Med polariserede stråler i RHIC - eller en hvilken som helst cirkulær accelerator - flugter den gennemsnitlige centrifugeringsretning for hver protonbunke med acceleratorens magnetfelt. Men som en snurretop, der begynder at vakle, en protons akse begynder nogle gange at rotere omkring en cirkulær bane, der afviger fra perfekt justering. Den wobble er kendt som presession.

Hvis en ekstern kilde, såsom små ufuldkommenheder i magnetfeltet, synkroniserer med frekvensen af ​​præcession, det kan forstærke protonernes wobble og få strålen til at blive depolariseret.

"Der har været andre måder at måle præcessionsfrekvensen på, men de hidtil anvendte teknikker forårsager effektivt depolarisering, som sådanne målinger ville forsøge at undgå, " sagde Roser. "Vores nye metode måler frekvensen af ​​præcessionen uden at depolarisere strålen, så vi kan foretage korrektioner for at holde protonerne på linje – eller endda vende deres spinretning, når det ønskes."

Roser forklarede, hvordan den nye teknik fungerer på samme måde som MR-scanninger:For det første, et kraftigt magnetfelt justerer alle protonernes spins, derefter anvender videnskabsmænd et eksternt elektromagnetisk felt med variabel frekvens, søger efter den frekvens, hvormed protonernes akser begynder at tippe væk fra stabile.

"Det er som at indstille en gammeldags radioknap for at søge efter en station, " sagde Roser. "Nøglen er at komme tæt på vippefrekvensen uden at udløse destabiliseringen."

I MRI'er, de signaler, der genereres af protonernes præcession, giver information om kroppens indre strukturer. Hos RHIC giver de information om, hvordan man justerer acceleratorens magneter for at opretholde strålepolarisering.

Den nye teknik vil føre til mere stabil og optimeret drift på RHIC til atomfysisk forskning-og kan også bruges på en planlagt polariseret elektron-ion-kollider, der skal placeres i USA.