Fisikawan partikel telah memecahkan masalah yang “membencinya” selama lebih dari 20 tahun

Gambar tersebut mengidentifikasi jalur berkas saat panah melewati frekuensi radio empat kali lipat, magnet binomial hitam dan sistem pengukuran terisolasi, dan detektor partikel. Kompleksitas struktural balok meningkat bila diukur dalam resolusi progresif yang lebih tinggi. Kredit: ORNL / Jill Hemman

Sinar akselerator intensitas tinggi terdiri dari milyaran partikel yang mendorong sistem superkonduktor bermagnet kuat dan berenergi tinggi dengan kecepatan kilat. Menghitung fisika balok begitu rumit sehingga superkomputer tercepat pun tidak dapat mengikutinya.

Namun, Akselerator Laboratorium Nasional Oak Ridge (ORNL) dari Departemen Energi (DOE) telah memungkinkan fisikawan mempelajari sifat-sifat komposisi berkas dengan detail baru yang luar biasa sebagai hasil pencapaian suatu tonggak sejarah. Mereka telah menggunakan teknik pengukuran yang baru dikembangkan untuk lebih memahami partikel pemecah-reduksi berkas yang dapat bergerak di luar bidang percepatan penjara. Pengurangan kerugian mitigasi adalah yang pertama mewujudkan skala ukuran yang lebih kecil dan akselerator yang lebih kuat dengan biaya lebih rendah.

“Ini adalah masalah yang telah mengganggu kami selama lebih dari 20 tahun,” kata Alexander Alexandrov, fisikawan akselerator ORNL. “Kerusakan sinar mungkin merupakan masalah terbesar untuk akselerator intensitas tinggi seperti Large Hadron Collider. CRN Dan Spectral Neutron Source (SNS) ada di sini, di Oak Ridge. “

Mengoperasikan 1,4 MW, SNS adalah salah satu topik penelitian utama di DOE yang menguntungkan neutron untuk mempelajari energi dan material pada skala atom. Dalam SNS, neutron didorong ke kumpulan sekitar 90 persen proton, atau pulsa, dengan kecepatan cahaya oleh akselerator linier atau linac. Di ujung linac, batang berkas proton disebarkan dalam wadah target logam yang diisi dengan merkuri cair yang digulung dengan kecepatan 60 kali per detik.

Tabrakan atom menciptakan percikan neutron – sekitar 20 neutron per proton. Neutron kemudian terbang melalui moderator energi dan ruang vakum ke perangkat terdekat di mana para ilmuwan menggunakannya untuk mempelajari bagaimana atom suatu bahan diatur dan bagaimana mereka berperilaku. Pada dasarnya, meningkatkan daya akselerator akan meningkatkan jumlah neutron yang tercipta, yang pada gilirannya meningkatkan produktivitas ilmiah fasilitas tersebut dan memungkinkan jenis eksperimen baru.

“Idealnya, kami ingin semua partikel berkas memadat menjadi satu awan yang sangat kompak. Ketika partikel menyimpang, mereka membentuk awan dengan kepadatan rendah, yang disebut balok. Jika lubang menjadi terlalu besar dan menyentuh dinding akselerator, sinarnya bisa hilang dan menimbulkan efek radiasi dan masalah lainnya, ”kata Alexandrov.

Alih-alih mengukur di SNS, tim menggunakan replika SNS Linux di fasilitas Beam Test ORNL. Dengan menggunakan replika, para peneliti mengaktifkan akselerator untuk mempelajari fisika tingkat lanjut tanpa gangguan eksperimental di fasilitas produksi neutron yang sebenarnya.

Teknik pengukuran lanjutan didasarkan pada metode yang sama yang digunakan oleh para peneliti pada tahun 2018 untuk mengukur sinar ekstraktor kulit partikel pertama dalam enam dimensi. Ruang 3D mencakup titik-titik di atas sumbu x, y, dan z untuk mengukur posisi, ruang 6D berisi tiga koordinat tambahan untuk mengukur sudut atau lintasan partikel.

“Strateginya sebenarnya cukup sederhana. Kami mengambil satu blok komponen dengan beberapa celah yang kami gunakan untuk memotong sampel balok kecil. Ini memberi kami bimlet yang berisi lebih kecil, jumlah partikel yang lebih mudah diatur yang dapat kami ukur, dan kami dapat memutar blok ini untuk mengukur bagian lain dari biji, ”kata Alexandrov.

Sampel balok diambil dari salah satu komponen percepatan utama Limac yang disebut jalur transpor berkas energi sedang atau MEBT. Replika MEBT sepanjang sekitar 4 m mencakup pengikis berkas untuk mengurangi halo sinar awal dan menyediakan lebih banyak ruang daripada MEBT biasa untuk alat diagnostik lainnya.

“Namun, alih-alih memotong ruang fase 6D, kami hanya memotong sampel di fase dua dimensi,” ujarnya. “Pada dasarnya, jika Anda dapat mengukur hingga enam dimensi dengan resolusi yang wajar, Anda dapat mengukur pada tingkat yang lebih rendah dengan resolusi yang lebih tinggi.”

Menggunakan pengukuran 6D sebagai metode dasar, pengukuran 2D membuka lapisan solusi yang ditingkatkan secara radikal per 1 bagian per juta. Menurut Alexandrov, satu dari sejuta penting untuk akselerator modern. Ini adalah kepadatan maksimum yang diijinkan di mana beam hall dapat dikelola, dan level atau rentang dinamis dari resolusi yang diperlukan untuk memvalidasi dan membangun simulasi pemodelan komputer yang lebih akurat dari efek beam hall.

“Di masa lalu, pemodelan berkas pada tingkat ini adalah tugas yang mustahil karena komputer tidak dapat menghitung miliaran partikel; Dan sekarang mereka bisa, tetapi itu tidak dapat dilakukan dengan baik tanpa distribusi sinar awal ini, “kata Kierstein Ruisard, seorang peneliti postdoctoral di Clifford G. Shawl, ORNL.” Menguji model kami dengan tingkat presisi yang belum pernah terjadi sebelumnya ini diperlukan untuk membuat simulasi yang lebih kuat yang akan membantu kami mengurangi kerugian ini. “

Mengukur 2,5 mega elektronvolt yang mengukur jumlah mm yang relatif kecil, para peneliti memberikan wawasan tentang bagaimana memodelkan berkas berenergi tinggi. Alexandrov mengatakan mereka sudah bekerja untuk meningkatkan strategi selanjutnya, yang melibatkan penggunaan laser untuk mengukur sinar pada kekuatan yang lebih tinggi dari 1 giga elektrovolt. Peningkatan itu tinggal beberapa tahun lagi.

Hasil penelitian tim dipublikasikan dalam jurnal ilmiah Peralatan atom dan metode dalam studi fisika. Selain Alexandrov, Kazino dan Ruisard, penulis makalah ini termasuk Alexander Zhukov dari ORNL.

“Meskipun kami sekarang dapat berakselerasi ke kelas 100 MW, tidak hanya praktis tetapi juga sangat besar dan mahal,” kata Sarah Cosineu, kepala fisikawan di divisi sains dan teknologi divisi percepatan penelitian ORNL. “Meningkatkan resolusi pengukuran resolusi tinggi tidak hanya memungkinkan kami membuat kemajuan dalam memahami dan meniru sinar, tetapi juga meningkatkan pemahaman kami tentang cara membuat kulit lebih kuat, pada skala yang lebih kecil dan dengan biaya yang lebih masuk akal.”

Referensi: “Alexandrov, S. Koziniu, K. Ruisard dan A. Zhukov, selambat-lambatnya 2 November 2020″ Pengukuran pertama transmisi keluaran 2.5 mega RFQ dengan satu juta per juta rentang dinamis ” Peralatan atom dan metode dalam studi fisika.
DOI: 10.1016 / j.nima.2020.164829

SNS Science adalah kantor DOE untuk kenyamanan pengguna. UT-Battle LLC mengelola ONNL untuk kantor sains DOE. Office of Science America adalah pendukung terbesar penelitian dasar dalam ilmu fisika di Amerika Serikat dan bekerja untuk mengatasi tantangan yang paling menantang di zaman kita.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

36 galaksi kerdil secara bersamaan memiliki “baby boom” bintang baru

Penemuan tak terduga Rutgers menantang teori modern tentang bagaimana galaksi tumbuh, dan dapat meningkatkan pemahaman kita tentang alam semesta. Penulis: Universitas Rutgers-New Brunswick Sungguh...

Banyak pasien dengan COVID-19 menghasilkan respons imun yang menyerang jaringan dan organ mereka sendiri.

Sebuah studi yang dipimpin oleh University of Birmingham, yang didanai oleh Konsorsium Imunologi Coronavirus Inggris, menemukan bahwa banyak pasien dengan COVID-19 menimbulkan respons kekebalan...

Sains mudah dibuat: apa itu neutrino steril?

Neutrino steril adalah jenis neutrino khusus yang telah diusulkan untuk menjelaskan beberapa hasil eksperimen yang tidak terduga, tetapi belum ditemukan secara pasti. Para...

Kekeringan jangka panjang mengambil alih AS bagian barat – Tanah dan tanaman berjatuhan

5 Juni 2021 Untuk tahun kedua berturut-turut, kekeringan melanda sebagian besar wilayah Amerika Serikat dari Pegunungan Rocky hingga Pantai Pasifik. Untuk tahun kedua berturut-turut, kekeringan melanda...

Energi matahari dan angin dapat meredakan konflik di sekitar bendungan Renaisans Ethiopia di timur laut Afrika

Megaplatinum terletak di Ethiopia, dekat perbatasan dengan Sudan. Ini adalah pembangkit listrik tenaga air terbesar di Afrika. Penulis: © Google Sebuah studi baru...

Newsletter

Subscribe to stay updated.