No interior dos túneis do Síncrotron Super Próton, acelerador de partículas mais antigo do CERN (Organização Europeia para a Pesquisa Nuclear), um fenômeno intrigante foi descoberto. Trata-se de uma estrutura invisível, apelidada de “fantasma 4D”, que pode desviar o curso das partículas ali contidas e criar problemas para a pesquisa científica.
Essa estrutura, descrita como ocorrendo no espaço de fase, que pode representar um ou mais estados de um sistema em movimento, foi identificada como quadridimensional devido à sua complexidade, exigindo quatro estados para sua representação.
Resultante de um fenômeno chamado ressonância, esse “fantasma” interfere no movimento das partículas, levando à perda de trajetória e dificultando o controle do feixe necessário para as pesquisas.
A ressonância ocorre quando dois sistemas interagem e sincronizam. Pode ser uma ressonância emergindo entre as órbitas planetárias à medida que elas interagem gravitacionalmente em sua jornada ao redor de uma estrela, ou um diapasão que começa a tocar quando as ondas sonoras de outro diapasão atingem suas pontas.
Nos aceleradores de partículas, ímãs poderosos são utilizados para guiar as partículas em trajetórias específicas. No entanto, devido a imperfeições nos ímãs, podem ocorrer ressonâncias que perturbam o movimento das partículas, criando uma estrutura magnética problemática.
A complexidade desse fenômeno reside na descrição matemática, pois exige considerar mais do que as simples coordenadas de um plano. Enquanto normalmente apenas dois graus de liberdade são considerados, as ressonâncias exigem quatro parâmetros para mapear cada ponto no espaço de fase, o que desafia a intuição geométrica tradicional.
Ideia de investigar “fantasma 4D” do acelerador de partículas surgiu em 2022
Com o intuito de compreender e medir essas ressonâncias, os físicos realizaram um estudo detalhado, utilizando monitores de posição de feixe ao longo do acelerador. Ao observar aproximadamente três mil feixes de partículas, eles foram capazes de mapear a ressonância e entender seu comportamento.
A ideia de investigar essa questão surgiu em 2002, quando cientistas do CERN e da Sociedade para Pesquisa sobre Íons Pesados (GSI, na sigla em alemão) perceberam que as perdas de partículas aumentavam à medida que os aceleradores pressionavam por maior intensidade do feixe. “A colaboração veio da necessidade de entender o que estava limitando essas máquinas para que pudéssemos entregar o desempenho e a intensidade do feixe necessários para o futuro”, diz Hannes Bartosik, cientista do CERN e coautor do estudo em um comunicado.
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Essa descoberta, descrita em um artigo publicado este mês na revista científica Nature Physics, representa um avanço significativo, pois permite aos cientistas compreender como as partículas individuais interagem com as ressonâncias no acelerador.
Agora, o próximo passo é desenvolver uma teoria que descreva o comportamento das partículas em presença de ressonâncias. Essa teoria proporcionará novas estratégias para mitigar os efeitos negativos das ressonâncias, permitindo alcançar feixes de alta qualidade necessários para os experimentos atuais e futuros de aceleração de partículas.
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