Los físicos aceleradores del Laboratorio Nacional Brookhaven del Departamento de Energía de EE. UU. DOE han implementado con éxito un esquema innovador para aumentar las tasas de colisión de protones en el Colisionador de iones pesados relativistas RHIC. Más colisiones de protones en esta instalación de usuarios de la Oficina de Ciencia de DOE producen másdatos para que los científicos analicen y respondan preguntas importantes sobre física nuclear, incluida la búsqueda de la fuente del espín del protón.
"Hasta ahora hemos duplicado el pico y las medidas promedio de 'luminosidad' que están directamente relacionadas con las tasas de colisión", dijo Wolfram Fischer, presidente asociado de aceleradores del departamento de aceleradores y colisionadores de Brookhaven y autor principal en un documento que describe el éxitorecién publicado en Cartas de revisión física . Y, dice, existe la posibilidad de obtener más ganancias al aumentar aún más el número de protones de los inyectores.
colisionando protones polarizados
RHIC es el único colisionador de protones polarizado del mundo, capaz de enviar haces de protones alrededor de su pista de carreras de 2.4 millas de circunferencia con sus ejes magnéticos internos también conocidos como espines alineados en una dirección elegida.Los protones y la manipulación de las direcciones de giro brindan a los científicos una forma de explorar cómo sus bloques de construcción internos, quarks y gluones, contribuyen a esta propiedad intrínseca de partículas.
Los datos en RHIC han revelado que tanto los quarks como los gluones hacen contribuciones sustanciales al giro, pero aún no son suficientes para explicar el valor total del giro. Más datos ayudarán a resolver este misterio del giro al reducir las incertidumbres y permitir que los físicos nucleares descubran a otros no contabilizados porcontribuciones
Pero lograr que más protones colisionen es un desafío continuo porque, a medida que un haz de estas partículas cargadas positivamente pasa a través del otro, las cargas similares a las partículas hacen que quieran alejarse unas de otras.
"La perturbación más fuerte que experimenta un protón cuando viaja alrededor del anillo RHIC es cuando vuela a través del otro haz de protones", dijo Fischer. "El resultado del rechazo de las cargas positivas es que los protones se desvían cada vez que atraviesan patadas.el rayo que se aproxima "
carga opuesta produce empuje opuesto
El tamaño de la patada repulsiva depende de dónde vuela el protón a través de la viga, con protones aproximadamente a la mitad del punto muerto hasta el borde exterior de la sección transversal de la viga experimentando el mayor empuje hacia afuera. Partículas más cercanas al centro o al borde exteriorde la sección transversal experimentan menos repulsión.
Debido a la forma variable de este efecto, que aumenta a un pico y luego disminuye con la distancia desde el centro del haz, es imposible corregirlo con imanes. "La intensidad del campo magnético en los imanes aumenta de manera constante desde el centro", dijo Fischer.
En cambio, los científicos recurrieron al uso de partículas con carga opuesta para producir un impulso compensador en la dirección opuesta.
"Hemos implementado tecnología de lentes electrónicas para compensar estos efectos de haz de haz frontal", dijo Fischer.
Esencialmente, usan una pistola de electrones para introducir un haz de electrones de baja energía en un tramo corto del acelerador RHIC. Dentro de ese tramo, los electrones son guiados por un campo magnético que evita que sean desviados por los protones más energéticos.A medida que los protones pasan a través del haz de electrones con carga negativa, experimentan una patada en la dirección opuesta a la carga positiva repulsiva, que empuja a los protones hacia el centro del haz.
"No es una lente de vidrio como la que se encuentra en una cámara", dijo Fischer, "pero llamamos a la técnica 'lente electrónica' porque, como una lente que enfoca la luz, el haz de electrones cambia la trayectoria de los protones que vuelana traves de."
Montando la onda óptica
Los científicos también aprovechan ciertas propiedades "ópticas" de los haces de partículas de RHIC para garantizar la eficacia del método.
"Idealmente, le gustaría producir estos impulsos compensatorios justo donde ocurren las colisiones, dentro de los detectores STAR y PHENIX", dijo Fischer. "Pero los experimentos ya no funcionarían. Así que colocamos las lentes electrónicas, una en cadahaz, a cierta distancia de los detectores, llamada distancia óptica, donde tienen un efecto en el mismo punto en la 'fase' del haz de partículas que está dentro de los detectores ".
Al igual que una onda de luz o sonido que oscila arriba y abajo en amplitud a una frecuencia dada, las partículas que viajan alrededor de RHIC también oscilan un poquito. Siempre que los físicos nucleares conozcan la frecuencia de las oscilaciones y den sus electronesLa lente patea en el mismo punto en la oscilación que las partículas alcanzan dentro del detector, el efecto compensará la repulsión de protones que experimentan las partículas en esa ubicación distante.
Hasta ahora, los científicos han duplicado las tasas de colisión protón-protón en RHIC. Podrían obtener ganancias aún mayores al aumentar el número de protones inyectados en la máquina.
"El desafío clave será mantener el alto grado de polarización que los experimentos necesitan para explorar la cuestión del espín del protón", dijo Fischer. Pero insiste en que existe un claro potencial para una luminosidad protón-protón aún mayor.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional Brookhaven . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cita esta página :