Physiciens du Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL), en collaboration avec des chercheurs en Corée du Sud et en Allemagne, ont développé un cadre théorique pour améliorer la stabilité et l'intensité des faisceaux des accélérateurs de particules. Les scientifiques utilisent les faisceaux à haute énergie, qui doit être stable et intense pour travailler efficacement, pour débloquer la structure ultime de la matière. Les médecins utilisent des accélérateurs médicaux pour produire des faisceaux capables de détruire les cellules cancéreuses.

« Quand les physiciens conçoivent la prochaine génération d'accélérateurs, ils pourraient utiliser cette théorie pour créer les faisceaux focalisés les plus optimisés, " a déclaré Hong Qin, physicien du PPPL. Le Dr Qin, Doyen exécutif de l'École des sciences et technologies nucléaires de l'Université des sciences et technologies de Chine, est co-auteur de la recherche décrite dans le numéro de novembre de Lettres d'examen physique .

Zipper à travers des tunnels ou des tubes

Les faisceaux d'accélérateurs sont constitués de milliards de particules chargées qui traversent des tunnels ou des tubes avant d'entrer en collision avec leurs cibles. Dans les expériences scientifiques, ces faisceaux frappent leurs cibles avec une énorme densité d'énergie et génèrent des particules subatomiques qui n'ont pas été vues depuis le début de l'univers. Le boson de Higgs tant recherché, la particule qui porte le champ qui donne la masse à certaines particules fondamentales, a été découvert de cette manière dans le Grand collisionneur de hadrons en Europe, l'accélérateur le plus grand et le plus puissant du monde.

Pour qu'un faisceau conserve son intensité, les particules dans le faisceau doivent rester proches les unes des autres lorsqu'elles traversent la ligne de lumière. Cependant, le faisceau perd de l'intensité à mesure que la répulsion mutuelle des particules et les imperfections de l'accélérateur dégradent le faisceau. Pour minimiser cette dégradation et ces pertes, les parois des grands accélérateurs sont tapissées d'aimants de haute précision pour contrôler leur mouvement.

La nouvelle recherche fait progresser les travaux théoriques de PPPL au cours des sept dernières années pour améliorer la stabilité des particules du faisceau. La théorie couple fortement les mouvements verticaux et horizontaux des particules, contrairement à la théorie standard qui traite les différents mouvements comme indépendants les uns des autres. Les résultats de la théorie "fournissent de nouveaux outils théoriques importants pour la conception détaillée et l'analyse des manipulations de faisceaux à haute intensité, " selon le journal.

Modifier un modèle de longue date

L'article traite d'un travail de 1959 de deux physiciens russes qui a constitué la base de l'analyse des propriétés des faisceaux de haute intensité au cours des dernières décennies. Ce travail considère que les mouvements des particules sont découplés. Chung et ses co-auteurs modifient le modèle russe, appelé distribution Kapchinskij-Vladimirskij, pour inclure toutes les forces de couplage et d'autres éléments qui peuvent rendre les poutres plus stables.

L'outil théorique résultant, qui a généralisé le modèle russe, d'accord avec les résultats de simulation pour l'expérience de transfert d'émission au centre Helmholtz en Allemagne, qui a illustré une nouvelle technologie de manipulation de faisceau pour les futurs accélérateurs. Des faisceaux plus intenses pourraient permettre la découverte de nouvelles particules subatomiques, dit Qin.