Một nghiên cứu mới đây được công bố trên tạp chí Nature Physics đã chỉ ra rằng các nhà khoa học tại CERN ở Thụy Sĩ và Đại học Goethe Frankfurt ở Đức đã tìm ra một hiện tượng “ma” cộng hưởng ảnh hưởng đến cách mà các hạt tương tác bên trong máy gia tốc proton siêu nhanh (SPS). Cái mà họ phát hiện ra thực ra là một hình dạng 3D có khả năng thay đổi theo thời gian, và để đo lường chính xác, chúng ta cần phải xem xét nó dưới góc độ 4D. Điều này giống như lý do khiến bạn làm đổ cà phê khi đi bộ quay lại bàn làm việc, hay bật nhảy bạn bè trên tấm bạt nhún.
Máy gia tốc SPS là một vòng tròn có đường kính gần 6,4 km, được xây dựng từ những năm 1970. Mặc dù nghe có vẻ như một phần của lịch sử cổ xưa, nhưng SPS vẫn giữ vai trò quan trọng tại CERN. Năm 2019, thiết bị này đã được nâng cấp với một “bệ xả tia”, tương tự như một làn đường thoát cho những luồng năng lượng mạnh bên trong SPS. Khi các nghiên cứu viên phát hiện ra cái “ma” này, họ hiểu rằng việc vẽ bản đồ và tìm hiểu nó là rất cần thiết cho những công việc trong tương lai.
Cái “ma” này được gây ra bởi hiện tượng cộng hưởng. Khi các vật thể mang năng lượng và tạo ra sóng, các sóng này có thể tương tác với nhau và tạo ra những điểm kỳ lạ nơi năng lượng được khuếch đại. Ví dụ, mỗi bước đi của bạn với cốc cà phê tạo ra những sóng trong chất lỏng mà cuối cùng gặp nhau và làm đổ cà phê ra ngoài. Trên tấm bạt nhún, một người nhảy vào đúng thời điểm với người khác có thể tạo ra một cú nhảy cao hơn rất nhiều. Trong SPS, việc làm đổ “cà phê cộng hưởng” đồng nghĩa với việc mất đi những photon thiết yếu trong hiện tượng được gọi là suy giảm tia.
Trong vật lý gia tốc, việc hiểu rõ các cộng hưởng và động lực không tuyến tính là điều rất quan trọng để tránh tình trạng mất mát các hạt tia. Sự phức tạp của vấn đề gia tăng khi có nhiều yếu tố và “bậc tự do” hơn. Mỗi bộ phận chuyển động, bao gồm cả các kết nối, đều tạo ra rung động riêng của nó. Suy giảm tia là một vấn đề lớn, đặc biệt khi các chùm proton trở nên ngày càng mạnh mẽ và đầy năng lượng. Các hài hòa trong hệ thống phức tạp cũng ảnh hưởng đến bất kỳ thí nghiệm nào nơi các hạt tương tác bên trong một môi trường, chẳng hạn như nghiên cứu nhiệt hạch trong các tokamak. Can thiệp hài hòa, do đó, cũng trở thành một vấn đề lớn trong việc đạt được sự nhiệt hạch hiệu quả, tạo ra những điểm chết nơi dòng năng lượng có thể mất đi nhiệt năng quan trọng.
Bên trong SPS, các hạt chỉ có hai bậc tự do, nghe có vẻ không phức tạp lắm. Giống như các photon trong một dây cáp quang, các photon này đang di chuyển trên một con đường tổng thể. Nhưng chúng cũng có thể “nảy” bên trong con đường đó, bởi vì ngay cả một chùm tia hẹp hay cáp vẫn có độ dày nhất định. SPS không phải là một chiếc bánh donut dày, nhưng nó vẫn là một chiếc donut thật sự, chứ không phải là hình tròn trong sách giáo khoa hình học. Và cái “nảy” đó bị biến dạng bởi các yếu tố con người và thực tế. Mặc dù SPS là một trong những cơ sở hàng đầu thế giới, nhưng mọi thứ trong khoa học đều phải được xây dựng từ những gì chúng ta có. Các nam châm cung cấp năng lượng cho các cơ sở này không hoàn hảo, và ngay cả những biến động nhỏ trong từ trường cũng có thể tạo ra sự cộng hưởng.
Để định lượng điều này, các nhà nghiên cứu đã thu thập số liệu từ xung quanh vòng SPS và sử dụng dữ liệu này để xây dựng một mô hình toán học gọi là một phần Poincaré. Trong phần Poincaré, bạn ổn định một yếu tố (trong trường hợp này là một “đường cố định” mà các nhà nghiên cứu đề cập trong bài viết của họ) và bước qua một hệ thống, lập bản đồ tất cả các giao điểm của các yếu tố khác, cho đến khi bạn tạo thành một “bề mặt” hoàn chỉnh. Kết quả giống như một bức chụp MRI nhưng dành cho một hệ thống động, mà hình dạng của nó có thể thay đổi với mỗi bước - và trong trường hợp này, cùng với việc thêm thời gian như một chiều thứ tư.
Và vì hiện tượng cộng hưởng trong một hệ thống kín như SPS cuối cùng sẽ lặp lại, nghiên cứu bề mặt 4D có thể lặp lại giống như một GIF được tạo ra hoàn hảo. Trong toán học của mình, nhóm nghiên cứu đã phát hiện rằng các đường cố định có thể dự đoán nơi các hạt sẽ tập trung lại. Bằng cách dành thời gian nghiên cứu và mô hình hóa hiện tượng này, họ hy vọng sẽ giúp các nhà nghiên cứu phát triển các chiến lược nhằm giảm thiểu tác động của những đường hài hòa cố định này. Công trình này cũng có thể hỗ trợ những người xây dựng các máy gia tốc hạt mới trong việc tránh tạo ra “ma” từ trường ngay từ đầu, điều này có thể tiết kiệm rất nhiều chi phí bằng cách giữ cho các chùm và dữ liệu không bị thoái hóa, và mang lại kết quả chất lượng cao hơn với ít công sức hơn.
Nguồn tham khảo: https://www.popularmechanics.com/sc...st-haunting-most-famous-particle-accelerator/
Máy gia tốc SPS là một vòng tròn có đường kính gần 6,4 km, được xây dựng từ những năm 1970. Mặc dù nghe có vẻ như một phần của lịch sử cổ xưa, nhưng SPS vẫn giữ vai trò quan trọng tại CERN. Năm 2019, thiết bị này đã được nâng cấp với một “bệ xả tia”, tương tự như một làn đường thoát cho những luồng năng lượng mạnh bên trong SPS. Khi các nghiên cứu viên phát hiện ra cái “ma” này, họ hiểu rằng việc vẽ bản đồ và tìm hiểu nó là rất cần thiết cho những công việc trong tương lai.
Cái “ma” này được gây ra bởi hiện tượng cộng hưởng. Khi các vật thể mang năng lượng và tạo ra sóng, các sóng này có thể tương tác với nhau và tạo ra những điểm kỳ lạ nơi năng lượng được khuếch đại. Ví dụ, mỗi bước đi của bạn với cốc cà phê tạo ra những sóng trong chất lỏng mà cuối cùng gặp nhau và làm đổ cà phê ra ngoài. Trên tấm bạt nhún, một người nhảy vào đúng thời điểm với người khác có thể tạo ra một cú nhảy cao hơn rất nhiều. Trong SPS, việc làm đổ “cà phê cộng hưởng” đồng nghĩa với việc mất đi những photon thiết yếu trong hiện tượng được gọi là suy giảm tia.
Trong vật lý gia tốc, việc hiểu rõ các cộng hưởng và động lực không tuyến tính là điều rất quan trọng để tránh tình trạng mất mát các hạt tia. Sự phức tạp của vấn đề gia tăng khi có nhiều yếu tố và “bậc tự do” hơn. Mỗi bộ phận chuyển động, bao gồm cả các kết nối, đều tạo ra rung động riêng của nó. Suy giảm tia là một vấn đề lớn, đặc biệt khi các chùm proton trở nên ngày càng mạnh mẽ và đầy năng lượng. Các hài hòa trong hệ thống phức tạp cũng ảnh hưởng đến bất kỳ thí nghiệm nào nơi các hạt tương tác bên trong một môi trường, chẳng hạn như nghiên cứu nhiệt hạch trong các tokamak. Can thiệp hài hòa, do đó, cũng trở thành một vấn đề lớn trong việc đạt được sự nhiệt hạch hiệu quả, tạo ra những điểm chết nơi dòng năng lượng có thể mất đi nhiệt năng quan trọng.
Bên trong SPS, các hạt chỉ có hai bậc tự do, nghe có vẻ không phức tạp lắm. Giống như các photon trong một dây cáp quang, các photon này đang di chuyển trên một con đường tổng thể. Nhưng chúng cũng có thể “nảy” bên trong con đường đó, bởi vì ngay cả một chùm tia hẹp hay cáp vẫn có độ dày nhất định. SPS không phải là một chiếc bánh donut dày, nhưng nó vẫn là một chiếc donut thật sự, chứ không phải là hình tròn trong sách giáo khoa hình học. Và cái “nảy” đó bị biến dạng bởi các yếu tố con người và thực tế. Mặc dù SPS là một trong những cơ sở hàng đầu thế giới, nhưng mọi thứ trong khoa học đều phải được xây dựng từ những gì chúng ta có. Các nam châm cung cấp năng lượng cho các cơ sở này không hoàn hảo, và ngay cả những biến động nhỏ trong từ trường cũng có thể tạo ra sự cộng hưởng.
Để định lượng điều này, các nhà nghiên cứu đã thu thập số liệu từ xung quanh vòng SPS và sử dụng dữ liệu này để xây dựng một mô hình toán học gọi là một phần Poincaré. Trong phần Poincaré, bạn ổn định một yếu tố (trong trường hợp này là một “đường cố định” mà các nhà nghiên cứu đề cập trong bài viết của họ) và bước qua một hệ thống, lập bản đồ tất cả các giao điểm của các yếu tố khác, cho đến khi bạn tạo thành một “bề mặt” hoàn chỉnh. Kết quả giống như một bức chụp MRI nhưng dành cho một hệ thống động, mà hình dạng của nó có thể thay đổi với mỗi bước - và trong trường hợp này, cùng với việc thêm thời gian như một chiều thứ tư.
Và vì hiện tượng cộng hưởng trong một hệ thống kín như SPS cuối cùng sẽ lặp lại, nghiên cứu bề mặt 4D có thể lặp lại giống như một GIF được tạo ra hoàn hảo. Trong toán học của mình, nhóm nghiên cứu đã phát hiện rằng các đường cố định có thể dự đoán nơi các hạt sẽ tập trung lại. Bằng cách dành thời gian nghiên cứu và mô hình hóa hiện tượng này, họ hy vọng sẽ giúp các nhà nghiên cứu phát triển các chiến lược nhằm giảm thiểu tác động của những đường hài hòa cố định này. Công trình này cũng có thể hỗ trợ những người xây dựng các máy gia tốc hạt mới trong việc tránh tạo ra “ma” từ trường ngay từ đầu, điều này có thể tiết kiệm rất nhiều chi phí bằng cách giữ cho các chùm và dữ liệu không bị thoái hóa, và mang lại kết quả chất lượng cao hơn với ít công sức hơn.
Nguồn tham khảo: https://www.popularmechanics.com/sc...st-haunting-most-famous-particle-accelerator/
