Físicos del Laboratorio de Física del Plasma de Princeton (PPPL), en colaboración con investigadores de Corea del Sur y Alemania, han desarrollado un marco teórico para mejorar la estabilidad y la intensidad de los haces del acelerador de partículas. Los científicos utilizan los rayos de alta energía, que debe ser estable e intensa para trabajar con eficacia, para desbloquear la última estructura de la materia. Los médicos usan aceleradores médicos para producir rayos que pueden atacar las células cancerosas.

"Cuando los físicos diseñan la próxima generación de aceleradores, podrían usar esta teoría para crear los haces enfocados más optimizados, "dijo el físico de PPPL Hong Qin. Dr. Qin, Decano Ejecutivo de la Escuela de Ciencia y Tecnología Nuclear de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China, es coautor de la investigación descrita en la edición de noviembre de Cartas de revisión física .

Pasando por túneles o tubos

Los rayos del acelerador consisten en miles de millones de partículas cargadas que atraviesan túneles o tubos antes de chocar con sus objetivos. En experimentos científicos, estos rayos golpean sus objetivos con una enorme densidad de energía y generan partículas subatómicas que no se han visto desde el universo temprano. El bosón de Higgs tan buscado, la partícula que transporta el campo que da masa a algunas partículas fundamentales, fue descubierto de esta manera en el Gran Colisionador de Hadrones en Europa, el acelerador más grande y poderoso del mundo.

Para que un rayo mantenga su intensidad, las partículas del haz deben permanecer juntas mientras atraviesan la línea del haz. Sin embargo, el rayo pierde intensidad a medida que la repulsión mutua de partículas y las imperfecciones del acelerador degradan el rayo. Para minimizar dicha degradación y pérdidas, las paredes de los grandes aceleradores están revestidas con imanes de alta precisión para controlar su movimiento.

La nueva investigación avanza el trabajo teórico de PPPL durante los últimos siete años para mejorar la estabilidad de las partículas del haz. La teoría acopla fuertemente los movimientos verticales y horizontales de las partículas, en contraste con la teoría estándar que trata los diferentes movimientos como independientes entre sí. Los resultados de la teoría "proporcionan importantes nuevas herramientas teóricas para el diseño y análisis detallados de manipulaciones de haces de alta intensidad, "según el periódico.

Modificar un modelo de larga data

El artículo aborda un trabajo de 1959 de dos físicos rusos que formó la base para el análisis de las propiedades de los haces de alta intensidad durante las últimas décadas. Este trabajo considera que los movimientos de las partículas están desacoplados. Chung y sus coautores modifican el modelo ruso, llamado distribución Kapchinskij-Vladimirskij, para incluir todas las fuerzas de acoplamiento y otros elementos que pueden hacer que las vigas sean más estables.

La herramienta teórica resultante, que generalizó el modelo ruso, estuvo de acuerdo con los resultados de la simulación para el Experimento de transferencia de emisión en el Centro Helmholtz en Alemania, que ilustró una nueva tecnología de manipulación de haces para futuros aceleradores. Los haces más intensos podrían permitir el descubrimiento de nuevas partículas subatómicas, dijo Qin.