A CERN fizikusai a Super Proton Synchrotron-ban egy “kísértetet” vagyis egymegfoghatatlan, négy dimenziós struktúrát mértek és számszerűsítettek sikeresen – ez a struktúra a részecskék gyorsulását zavarja meg, ami nem épp a legszerencsésebb fordulat egy részecskegyorsító esetében.

A Super Proton Synchrotron (SPS) egy nagy teljesítményű részecskegyorsító, amelyet a CERN, az Európai Nukleáris Kutatási Szervezet üzemeltet. A gyorsító 1976-ban kezdte meg működését, és a részecskéket közel fénysebességre gyorsítja. Az SPS-t többféle részecske, például protonok és ionok gyorsítására használják, és jelenleg az egyik legfontosabb szerepe a Nagy Hadronütköztető (LHC) ellátása gyorsított részecskékkel, mivel az LHC-be történő belépés előtt a részecskéket az SPS-ben gyorsítják fel az előírt energiára.

Az SPS azonban emellett is számos kísérlethez nyújt közvetlen támogatást, és jelentős szerepet játszik a részecskefizikai kutatásokban és a technológiai fejlesztésekben a CERN-ben.

A szóban forgó struktúrára a kutatók rezonanciaként hivatkoznak, ami letérítheti a részecskéket a tervezett útvonalukról, ami a nyaláb lebomlásához vezethet és így végülis megnehezíti a részecskekutatást.

Rezonanciáról úgy általában akkor beszélhetünk, amikor két rendszer szinkronba kerül – magyarázza a Science Alert a hír nyomán: például bolygók pályái vagy egy rezgő hangvilla esetén. A részecskegyorsítókban a mágnesek tökéletlenségei azonban az előbbiekhez hasonló rezonanciát kelthetnek, ami pedig problémát jelentő mágneses struktúrákat eredményez. Ráadásul ezeknek a struktúráknak a leírásához a fázistérben négy dimenzió szükséges a szokásos kettő helyett, ami még inkább megnehezíti a matematikai ábrázolást. Hagyományosan ugyanis a gyorsítókat vizsgáló fizika egyetlen síkban kutatja a mozgást, de a rezonanciahatások megértéséhez mind a vízszintes, mind pedig a függőleges síkok figyelembe vétele szükséges.

Az SPS mentén elhelyezett nyalábhelyzet-monitorok segítségével a csapat körülbelül 3000 nyalábban mérte meg a részecskék helyzetét, így létrehozva a rezonancia térképét. Az eredményeik pedig összhangban állnak az elméleti előrejelzésekkel és a szimulációkkal is, ami jelentős előrelépést jelent a gyorsító-fizika terén.

A mostani kutatás, amelyet Franchetti, Hannes Bartosik és Frank Schmidt végeztek a CERN-nél, így tehát egy lépés abba az irányba, hogy kidolgozzanak egy olyan elméletet, amely leírja a részecskék viselkedését a gyorsítókban jelentkező rezonancia esetén is.

(Kép: a CERN Super Proton Synchrotron-ja 2022-ben, forrás: CERN)