Super Sincrotrone di Protoni CERN Svizzera

I fisici del CERN hanno finalmente identificato e studiato una struttura invisibile di risonanza accoppiata che può causare la perdita delle particelle all’interno del Super Sincrotrone di Protoni, creando problemi per la ricerca condotta con quell’acceleratore di particelle. Questo fenomeno avviene nello spazio delle fasi, che rappresenta i vari stati di un sistema in movimento, e i ricercatori hanno dovuto studiarlo in quattro dimensioni, sia nel piano orizzontale che in quello verticale, per confermarne l’esistenza.

Catturano in 4D il fenomeno che devia le particelle nel Super Sincrotrone Protonico

Secondo il fisico Giuliano Franchetti (Centro di ricerca sugli ioni pesanti Helmholtz in Germania), che ha partecipato allo studio, le particelle non seguono il percorso desiderato a causa di queste risonanze, e possono finire per disperdersi e perdere di vista, compromettendo la qualità del fascio di particelle e rendendo complicato raggiungere gli obiettivi prefissati.

Questa scoperta potrebbe portare a una migliore comprensione dei meccanismi che regolano il comportamento delle particelle all’interno degli acceleratori di particelle, e potrebbe aiutare a sviluppare nuove strategie per ottimizzare le prestazioni di tali strumenti scientifici.

Il fenomeno della risonanza avviene quando due sistemi interagiscono e si sincronizzano. Ad esempio, i pianeti possono sperimentare una risonanza orbitale quando c’è un’interazione gravitazionale mentre entrambi i corpi celesti orbitano attorno a una stella.

struttura di risonanza 4 D misurata SPS
Figura 1: Visualizzare concettualmente le strutture di risonanza 4D è molto più complicato delle risonanze unidimensionali. Questa immagine mostra la struttura di risonanza 4D misurata nell’SPS. (Immagine: H. Bartosik, G. Franchetti e F. Schmidt, Nature Physics)

Gli acceleratori di particelle utilizzano potenti magneti per creare campi elettromagnetici che aiutano a dirigere fasci di particelle nella direzione desiderata dai fisici.

Tuttavia, a causa di un’eventuale imperfezione dei magneti negli acceleratori di particelle, possono verificarsi delle risonanze, con la conseguente formazione di una struttura magnetica che interagisce male con le particelle.

L’effetto della risonanza può portare a instabilità nel sistema e causare problemi nel funzionamento dell’acceleratore di particelle, con possibili effetti negativi sulle ricerche condotte. È quindi importante studiare e controllare attentamente le risonanze nei sistemi per garantire il corretto funzionamento degli acceleratori di particelle e la precisione delle misurazioni scientifiche che vengono effettuate.

Per comprendere l’effetto di questa risonanza su un fascio di particelle in un acceleratore, i fisici ci hanno impiegato diversi anni e hanno dovuto ricorrere a simulazioni al computer. Le informazioni ottenute hanno infine permesso di misurare l’anomalia magnetica.

I fisici hanno osservato la posizione di un fascio di particelle nel Super Sincrotrone di Protoni, un acceleratore di particelle lungo 6,9 km situato a Ginevra, in Svizzera, e hanno potuto misurare la posizione delle

particelle di circa 3000 fasci. La mappa di risonanza nell’acceleratore è stata creata misurando come si trovano le particelle: più vicine al centro o spostate lateralmente.

“Quello che rende così speciale la nostra recente scoperta è che mostra come si comportano le singole particelle in una risonanza accoppiata”, ha sottolineato il fisico del CERN Hannes Bartosik, uno degli autori dello studio pubblicato su Nature Physics.

“Con questo studio, insieme a tutti quelli precedenti, speriamo di ottenere indizi su come evitare o minimizzare gli effetti di queste risonanze per gli acceleratori attuali e futuri”, ha concluso Franchetti.

Risonanze negli acceleratori di particelle: come influenzano il funzionamento

Le risonanze sono un fenomeno comune negli acceleratori di particelle e possono influenzare notevolmente il comportamento delle particelle all’interno degli stessi. Comprendere come queste risonanze agiscano sui fasci di particelle è fondamentale per ottimizzare il funzionamento degli acceleratori e garantirne prestazioni ottimali. Attraverso studi approfonditi e simulazioni al computer, i fisici cercano di individuare strategie per evitare o mitigare gli effetti indesiderati delle risonanze, al fine di migliorare l’efficienza e la precisione degli acceleratori di particelle attuali e futuri.