Os aceleradores geram feixes de partículas subatômicas para ciência de ponta. Quanto maior a intensidade de um feixe, quanto mais oportunidades houver para estudar as interações das partículas. Uma maneira de aumentar a intensidade é mesclar dois feixes com uma técnica chamada empilhamento deslizante. Contudo, ao combiná-los, a interação dos feixes pode causar instabilidade.

Aqui, Resumo os resultados de um estudo no qual modelei esses efeitos e concluí que um feedback especial tornaria os feixes muito mais estáveis. O feedback necessário foi projetado e implementado por Nathan Eddy e sua equipe do Fermilab. O resultado foi um aumento de 20% na intensidade do feixe de prótons e uma redução na perda do feixe por um fator de dois.

O empilhamento deslizante dobra a intensidade dos feixes de partículas. Contudo, isso os torna mais sujeitos a instabilidades e perdas de partículas. Para suprimir esses efeitos indesejáveis, uma análise e o feedback resultante ajudaram a pavimentar o caminho para futuros aceleradores de partículas que dependem do empilhamento deslizante para atingir altas intensidades.

Empilhando dois separados, vigas inteiras até a borda, os pesquisadores maximizam o número de partículas que circulam pelo anel. Isso é bom para criar feixes de alta intensidade, mas há uma compensação.

Os feixes gerados pelo acelerador são feitos de feixes de partículas chamados cachos. Acelerar dois feixes separados que não estão apenas próximos, mas cujos feixes constituintes estão em constante dança um com o outro, é uma situação altamente carregada. No Recycler Ring do Fermilab - um dos principais componentes da cadeia de aceleração do laboratório - cada feixe compreende cerca de 500 feixes. Um número tão alto tornava a interação do grupo acoplado uma fonte poderosa de instabilidades coletivas. Em parte porque as distâncias entre os feixes de duas vigas de empilhamento deslizante estão sempre mudando, a dinâmica do feixe é complicada de modelar.

Um dos principais efeitos é que os feixes interagentes se chocam fora de suas órbitas. Um modelo matemático do sistema de dois feixes foi sugerido e analisado, seguido de uma proposta de feedback suprimindo esses indesejáveis ​​desvios do caminho. No sistema de feedback, sensores de captação colocados dentro do acelerador circular medem os deslocamentos dos cachos de suas órbitas pretendidas. Um amplificador recebe essa informação e a envia para um chutador que dá aos cachos perdidos um chute que os envia para o caminho certo.

Logo depois que a ideia do feedback especial foi proposta, uma equipe de aceleradores liderada por Eddy projetou e instalou o dispositivo no Recycler Ring. Como resultado, as perdas do feixe do reciclador caíram quase pela metade, e a intensidade do feixe aumentou em 20 por cento; a potência do feixe de prótons atingiu 700 quilowatts, um dos objetivos do programa de aceleração do Fermilab.