Fisici presso il Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL), in collaborazione con ricercatori in Corea del Sud e Germania, hanno sviluppato un quadro teorico per migliorare la stabilità e l'intensità dei fasci di acceleratori di particelle. Gli scienziati usano i raggi ad alta energia, che deve essere stabile e intenso per lavorare efficacemente, per sbloccare la struttura ultima della materia. I medici usano acceleratori medici per produrre raggi in grado di distruggere le cellule cancerose.

"Quando i fisici progettano la prossima generazione di acceleratori, potrebbero usare questa teoria per creare i fasci focalizzati più ottimizzati, " ha detto il fisico PPPL Hong Qin. Dr. Qin, Executive Dean della School of Nuclear Science and Technology presso l'Università di Scienza e Tecnologia della Cina, è coautore della ricerca descritta nel numero di novembre di Lettere di revisione fisica .

Sfrecciare attraverso tunnel o tubi

I raggi dell'acceleratore sono costituiti da miliardi di particelle cariche che sfrecciano attraverso tunnel o tubi prima di scontrarsi con i loro bersagli. Negli esperimenti scientifici, questi raggi colpiscono i loro bersagli con un'enorme densità di energia e generano particelle subatomiche che non si vedevano dall'universo primordiale. Il tanto ricercato bosone di Higgs, la particella che trasporta il campo che dà massa ad alcune particelle fondamentali, è stato scoperto in questo modo nel Large Hadron Collider in Europa, l'acceleratore più grande e potente del mondo.

Affinché un raggio mantenga la sua intensità, le particelle nel raggio devono rimanere vicine mentre sfrecciano attraverso la linea di luce. Però, il fascio perde intensità in quanto la repulsione reciproca delle particelle e le imperfezioni dell'acceleratore degradano il fascio. Per ridurre al minimo tale degrado e perdite, le pareti dei grandi acceleratori sono rivestite con magneti ad alta precisione per controllarne il movimento.

La nuova ricerca fa avanzare il lavoro teorico di PPPL negli ultimi sette anni per migliorare la stabilità delle particelle del fascio. La teoria accoppia fortemente i movimenti verticali e orizzontali delle particelle, in contrasto con la teoria standard che tratta i diversi movimenti come indipendenti l'uno dall'altro. I risultati della teoria "forniscono nuovi importanti strumenti teorici per la progettazione dettagliata e l'analisi di manipolazioni di fasci ad alta intensità, "secondo il giornale.

Alterare un modello di vecchia data

Il documento affronta un lavoro del 1959 di due fisici russi che ha costituito la base per l'analisi delle proprietà dei fasci ad alta intensità negli ultimi decenni. Questo lavoro considera i moti delle particelle come disaccoppiati. Chung e i suoi coautori modificano il modello russo, chiamato distribuzione di Kapchinskij-Vladimirskij, per includere tutte le forze di accoppiamento e altri elementi che possono rendere le travi più stabili.

Lo strumento teorico risultante, che ha generalizzato il modello russo, d'accordo con i risultati della simulazione per l'Emittance Transfer Experiment presso il Centro Helmholtz in Germania, che ha illustrato una nuova tecnologia di manipolazione del raggio per i futuri acceleratori. Fasci più intensi potrebbero consentire la scoperta di nuove particelle subatomiche, disse Qin.