Los aceleradores generan haces de partículas subatómicas para la ciencia de vanguardia. Cuanto mayor sea la intensidad de un rayo, cuantas más oportunidades haya para estudiar las interacciones de las partículas. Una forma de aumentar la intensidad es fusionar dos haces con una técnica llamada apilamiento deslizante. Sin embargo, al combinarlos, la interacción de los haces puede causar inestabilidad.

Aquí, Resumo los resultados de un estudio en el que modelé estos efectos y concluí que una retroalimentación especial haría que las vigas fueran mucho más estables. Luego, Nathan Eddy y su equipo de Fermilab diseñaron e implementaron la retroalimentación requerida. El resultado fue un aumento del 20 por ciento en la intensidad del haz de protones y una reducción de la pérdida del haz en un factor de dos.

El apilamiento deslizante duplica la intensidad de los haces de partículas. Sin embargo, los hace más propensos a sufrir inestabilidades y pérdidas de partículas. Para suprimir estos efectos indeseables, un análisis y la retroalimentación resultante ayudaron a allanar el camino para futuros aceleradores de partículas que se basan en el apilamiento deslizante para lograr altas intensidades.

Al apilar dos por separado, vigas llenas hasta el borde, los investigadores maximizan el número de partículas que circulan por el anillo. Eso es bueno para crear haces de alta intensidad, pero hay una compensación.

Los haces generados por aceleradores están hechos de haces de partículas llamados racimos. Acelerar dos haces separados que no solo están muy próximos, sino que sus racimos constituyentes bailan constantemente entre sí es una situación muy cargada. En el anillo reciclador de Fermilab, un componente importante de la cadena de aceleradores del laboratorio, cada viga comprende alrededor de 500 haces. Un número tan alto hizo de la interacción de grupos acoplados una fuente poderosa de inestabilidades colectivas. En parte porque las distancias entre los manojos de dos vigas de apilamiento deslizantes siempre cambian, la dinámica del haz es complicada de modelar.

Un efecto importante es que los grupos que interactúan se salen de sus órbitas. Se sugirió y analizó un modelo matemático del sistema de dos haces, seguido de una propuesta de retroalimentación que suprima estas desviaciones indeseables del camino. En el sistema de retroalimentación, Los sensores de captación colocados dentro del acelerador circular miden los desplazamientos de los racimos de sus órbitas previstas. Un amplificador recibe esta información y luego la envía a un pateador que le da a los racimos descarriados una patada que los envía por el camino correcto.

Poco después de que se propuso la idea de la retroalimentación especial, un equipo de aceleración dirigido por Eddy diseñó e instaló el dispositivo en el Recycler Ring. Como resultado, las pérdidas del haz del reciclador se redujeron casi a la mitad, y la intensidad del haz aumentó en un 20 por ciento; la potencia del haz de protones alcanzó 700 kilovatios, uno de los objetivos del programa acelerador de Fermilab.