Físicos do Laboratório de Física do Plasma de Princeton (PPPL), em colaboração com pesquisadores na Coreia do Sul e Alemanha, desenvolveram uma estrutura teórica para melhorar a estabilidade e intensidade dos feixes do acelerador de partículas. Os cientistas usam os feixes de alta energia, que deve ser estável e intenso para funcionar de forma eficaz, para desbloquear a estrutura final da matéria. Os médicos usam aceleradores médicos para produzir feixes que podem destruir as células cancerosas.

"Quando os físicos projetam a próxima geração de aceleradores, eles poderiam usar essa teoria para criar os feixes focalizados mais otimizados, "disse o físico do PPPL Hong Qin. Dr. Qin, Reitor Executivo da Escola de Ciência e Tecnologia Nuclear da Universidade de Ciência e Tecnologia da China, é co-autor da pesquisa descrita na edição de novembro da Cartas de revisão física .

Atravessando túneis ou tubos

Os feixes do acelerador consistem em bilhões de partículas carregadas que passam por túneis ou tubos antes de colidir com seus alvos. Em experimentos científicos, esses feixes atingem seus alvos com uma densidade de energia enorme e geram partículas subatômicas que não eram vistas desde o início do universo. O tão procurado bóson de Higgs, a partícula que carrega o campo que dá massa a algumas partículas fundamentais, foi descoberto desta forma no Grande Colisor de Hádrons na Europa, o maior e mais poderoso acelerador do mundo.

Para que um feixe mantenha sua intensidade, as partículas no feixe devem permanecer próximas enquanto passam pela linha de luz. Contudo, o feixe perde intensidade à medida que a repulsão mútua de partículas e imperfeições do acelerador degradam o feixe. Para minimizar essa degradação e perdas, as paredes de grandes aceleradores são revestidas com ímãs de alta precisão para controlar seu movimento.

A nova pesquisa avança o trabalho teórico do PPPL nos últimos sete anos para melhorar a estabilidade das partículas do feixe. A teoria acopla fortemente os movimentos verticais e horizontais das partículas - em contraste com a teoria padrão que trata os diferentes movimentos como independentes uns dos outros. Os resultados da teoria "fornecem novas ferramentas teóricas importantes para o projeto detalhado e análise de manipulações de feixe de alta intensidade, "de acordo com o jornal.

Alterando um modelo antigo

O artigo aborda um trabalho de 1959 de dois físicos russos que formaram a base para a análise das propriedades dos feixes de alta intensidade nas últimas décadas. Este trabalho considera os movimentos das partículas como desacoplados. Chung e seus co-autores modificam o modelo russo - chamado de distribuição Kapchinskij-Vladimirskij - para incluir todas as forças de acoplamento e outros elementos que podem tornar os feixes mais estáveis.

A ferramenta teórica resultante, que generalizou o modelo russo, concordou bem com os resultados da simulação para o experimento de transferência de emissões no Helmholtz Center na Alemanha, que ilustrou uma nova tecnologia de manipulação de feixe para futuros aceleradores. Feixes mais intensos podem permitir a descoberta de novas partículas subatômicas, disse Qin.