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Super Próton Síncrotron do CERN em 2022. (Imagem: CERN)
Pela primeira vez, cientistas do CERN, em colaboração com cientistas do GSI, conseguiram medir uma estrutura de ressonância acoplada que pode causar perda de partículas em aceleradores.
Seja ouvindo música ou empurrando um balanço no parquinho, todos estamos familiarizados com as ressonâncias e como elas amplificam um efeito – um som ou um movimento, por exemplo. No entanto, em aceleradores de partículas circulares de alta intensidade, as ressonâncias podem ser um inconveniente, fazendo com que as partículas saiam do seu curso e resultando na perda do feixe. Prever como as ressonâncias e os fenômenos não lineares afetam os feixes de partículas requer que algumas dinâmicas muito complexas sejam desemaranhadas.
Pela primeira vez, cientistas do Super Proton Synchrotron (SPS), em colaboração com cientistas do GSI em Darmstadt, conseguiram provar experimentalmente a existência de uma estrutura de ressonância específica. Embora já tenha sido teorizada e aparecida em simulações, esta estrutura é muito difícil de estudar experimentalmente, pois afeta partículas num espaço quadridimensional*. Estes últimos resultados, publicados na Nature Physics , ajudarão a melhorar a qualidade do feixe para feixes de baixa energia e alto brilho para os injetores LHC no CERN e para a instalação SIS18/SIS100 no GSI, bem como para feixes de alta energia com grandes dimensões. luminosidade, como o LHC e futuros colisores de alta energia.
“Com essas ressonâncias, o que acontece é que as partículas não seguem exatamente o caminho que queremos e depois voam e se perdem”, diz Giuliano Franchetti, cientista do GSI e um dos autores do artigo. “Isso causa degradação do feixe e dificulta o alcance dos parâmetros de feixe exigidos.”
A ideia de procurar a causa disto surgiu em 2002, quando cientistas do GSI e do CERN perceberam que as perdas de partículas aumentavam à medida que os aceleradores pressionavam por uma intensidade de feixe mais elevada. “A colaboração surgiu da necessidade de compreender o que estava a limitar estas máquinas para que pudéssemos fornecer o desempenho e a intensidade do feixe necessários para o futuro”, diz Hannes Bartosik, cientista do CERN e outro dos autores do artigo.
Ao longo de muitos anos, teorias e simulações foram desenvolvidas para compreender como as ressonâncias afetavam o movimento das partículas em feixes de alta intensidade. “Foi necessário um enorme esforço de simulação por parte de grandes equipas de aceleradores para compreender o efeito das ressonâncias na estabilidade do feixe”, diz Frank Schmidt do CERN, também um dos autores do artigo. As simulações mostraram que as estruturas de ressonância induzidas pelo acoplamento em dois graus de liberdade são uma das principais causas da degradação do feixe.
Demorou muito para descobrir como procurar experimentalmente essas estruturas de ressonância. Isso ocorre porque eles são quadridimensionais* e exigem que o feixe seja medido nos planos horizontal e vertical para verificar se existem. “Na física dos aceleradores, o pensamento geralmente ocorre em apenas um plano”, acrescenta Franchetti.
Figura 1: A visualização conceitual de estruturas de ressonância 4D é muito mais complicada do que ressonâncias unidimensionais. Esta imagem mostra a estrutura de ressonância 4D medida no SPS. (Imagem: H. Bartosik, G. Franchetti e F. Schmidt, Nature Physics )
Para medir como as ressonâncias afetam o movimento das partículas, os cientistas usaram monitores de posição do feixe ao redor do SPS. Ao longo de aproximadamente 3.000 passagens de feixe, os monitores mediram se as partículas no feixe estavam centralizadas ou mais para um lado, tanto no plano horizontal quanto no vertical. A estrutura de ressonância encontrada é mostrada na Figura 1.
Embora a existência das estruturas de ressonância acopladas tenha sido agora observada experimentalmente, ainda há muito a ser feito para reduzir o seu efeito prejudicial. “Estamos desenvolvendo uma teoria para descrever como as partículas se movem na presença dessas ressonâncias”, continua Franchetti. “Com este estudo, aliado a todos os anteriores, esperamos obter pistas sobre como evitar ou minimizar os efeitos dessas ressonâncias nos aceleradores atuais e futuros”.
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Fonte: CERN / Naomi Dinmore / Publicação 20-04-2024
https://home.cern/news/news/accelerators/observing-accelerator-resonances-4d
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Web Science Academy; Hélio R.M.Cabral (Economista, Escritor e Divulgador de conteúdos da Astronomia, Astrofísica, Astrobiologia e Climatologia).Participou do curso (EAD) de Astrofísica, concluído em 2020, pela Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC).
Autor do livro: “Conhecendo o Sol e outras Estrelas” e "Conhecendo a Energia produzida no Sol".
Acompanha e divulga os conteúdos científicos da NASA (National Aeronautics and Space Administration), ESA (European Space Agency) e outras organizações científicas e tecnológicas.
Participa do projeto S`Cool Ground Observation (Observações de Nuvens) que é integrado ao Projeto CERES (Clouds and Earth´s Radiant Energy System) administrado pela NASA. A partir de 2019, tornou-se membro da Sociedade Astronômica Brasileira (SAB), como astrônomo amador.
Participa também do projeto The Globe Program / NASA Globe Cloud, um Programa de Ciência e Educação Worldwide, que também tem o objetivo de monitorar o Clima em toda a Terra. Este projeto é patrocinado pela NASA e National Science Fundation (NSF), e apoiado pela National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) e U.S Department of State.
>Autor de cinco livros, que estão sendo vendidos nas livrarias Amazon, Book Mundo e outras.
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