Mới đây, trong một nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Physics, các nhà khoa học tại CERN ở Thụy Sĩ và Đại học Goethe Frankfurt ở Đức đã phát hiện ra một loại “ma” cộng hưởng có ảnh hưởng đến cách các hạt tương tác bên trong Vòng đồng bộ proton siêu tốc (SPS). Điều thú vị là hình dạng này không chỉ tồn tại trong không gian ba chiều mà còn thay đổi theo thời gian, nghĩa là nó cần được đo đạc trong bốn chiều. Có thể nói, bí ẩn này có sự liên quan đến lý do mà bạn thường làm đổ cà phê khi đi bộ về bàn làm việc, hay việc bạn có thể nhảy cao hơn khi bật lại từ một chiếc đệm bật.
SPS là một vòng tròn với đường kính gần 6,4 km, đã tồn tại từ những năm 1970. Nghe có vẻ như một phần của lịch sử cổ xưa, nhưng SPS vẫn là một thành phần quan trọng tại CERN. Năm 2019, nó đã được nâng cấp với một “bể xả” mới, giống như một con đường chạy trốn cho những chùm hạt mạnh mẽ bên trong SPS. Khi các nhà nghiên cứu phát hiện ra loại "ma" này, họ đã nhận ra tầm quan trọng của việc lập bản đồ và hiểu rõ nó cho các công việc trong tương lai.
Loại “ma” này xuất hiện do hiện tượng cộng hưởng. Khi có năng lượng và tạo ra sóng, những sóng này có thể tương tác với nhau tạo ra những điểm lạ kỳ nơi năng lượng bị khuếch đại. Ví dụ, khi bạn đi bộ với cà phê, mỗi bước đi đều tạo ra những gợn sóng bên trong cốc, và cuối cùng chúng gặp nhau, dẫn đến việc cà phê bị tràn ra ngoài. Trên một chiếc đệm bật, khi một người nhảy “vào” cú nhảy của người khác, họ có thể nhảy cao hơn nhiều. Trong trường hợp của SPS, việc làm đổ “cà phê hài hòa” này dẫn đến việc mất đi những photon thiết yếu trong một hiện tượng được gọi là suy giảm chùm hạt.
Theo các nhà khoa học, việc hiểu rõ hiện tượng cộng hưởng và động lực phi tuyến là rất quan trọng để tránh mất mát các hạt trong chùm hạt. Tình hình trở nên phức tạp hơn khi vấn đề có nhiều yếu tố chuyển động và nhiều "bậc tự do". Mỗi phần chuyển động, bao gồm cả các kết nối, đều tạo ra những rung động riêng. Suy giảm chùm hạt là một vấn đề lớn, đặc biệt khi các chùm proton ngày càng trở nên mạnh mẽ hơn. Những điều này cũng ảnh hưởng đến bất kỳ thí nghiệm nào mà hạt tương tác trong một môi trường khép kín, như nghiên cứu nhiệt hạch trong tokamak.
Bên trong SPS, các hạt chỉ có hai bậc tự do, nghe có vẻ không quá phức tạp. Giống như các photon bên trong một sợi quang, các photon SLS trong SPS đang di chuyển theo một quỹ đạo tổng thể nhưng cũng có thể “nảy” trong quỹ đạo đó, vì ngay cả một chùm sáng hẹp cũng vẫn có một độ dày nhất định. SPS có thể không phải là một chiếc bánh donut dày nhưng nó vẫn là một chiếc donut thật sự, chứ không chỉ là một hình tròn trong sách giáo khoa. Và sự “nảy lại” này bị biến dạng bởi các yếu tố con người và thực tế.
Dù SPS là một trong những cơ sở hàng đầu thế giới, nhưng trong nghiên cứu khoa học, mọi thứ đều phải làm với những gì có sẵn. Các nam châm vận hành những thiết bị này không hoàn hảo, và ngay cả những dao động nhỏ trong từ trường cũng có thể dẫn đến cộng hưởng. Để định lượng điều này, các nhà nghiên cứu đã tiến hành đo lường quanh vòng SPS và sử dụng dữ liệu đó để xây dựng một mô hình toán học gọi là phần Poincaré. Trong một 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 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 hình ảnh cộng hưởng nhưng dành cho một hệ thống động, mà hình dạng có thể thay đổi theo từng bước—và trong trường hợp này, có sự tham gia của yếu tố thời gian như một chiều thứ tư.
Bởi vì cộng hưởng trong một hệ thống khép kín như SPS cuối cùng cũng lặp lại, việc nghiên cứu bề mặt 4D có thể tái diễn như một GIF được làm tốt. Trong các phép toán của họ, nhóm nghiên cứu đã phát hiện ra rằng các đường cố định có thể dự đoán nơi hạt sẽ tập trung. Bằng cách dành thời gian để nghiên cứu và mô hình hóa hiện tượng này, họ hy vọng sẽ hỗ trợ các nhà nghiên cứu phát triển các chiến lược để giảm thiểu ảnh hưởng của những đường hài hòa này. Công việc này cũng có thể giúp những người xây dựng các gia tốc hạt mới tránh việc tạo ra “ma” từ trường ngay từ đầu, điều này có thể tiết kiệm rất nhiều tiền bằng cách giữ cho chùm hạt và dữ liệu được nguyên vẹn hơn và mang lại kết quả chất lượng cao với ít công sức hơn.
Caroline Delbert, một nhà văn và biên tập viên đóng góp tại Pop Mech, chia sẻ rằng những chủ đề yêu thích của cô bao gồm năng lượng hạt nhân, vũ trụ học, toán học trong cuộc sống hàng ngày và triết lý của mọi điều.
Nguồn tham khảo: https://www.popularmechanics.com/sc...st-haunting-most-famous-particle-accelerator/
SPS là một vòng tròn với đường kính gần 6,4 km, đã tồn tại từ những năm 1970. Nghe có vẻ như một phần của lịch sử cổ xưa, nhưng SPS vẫn là một thành phần quan trọng tại CERN. Năm 2019, nó đã được nâng cấp với một “bể xả” mới, giống như một con đường chạy trốn cho những chùm hạt mạnh mẽ bên trong SPS. Khi các nhà nghiên cứu phát hiện ra loại "ma" này, họ đã nhận ra tầm quan trọng của việc lập bản đồ và hiểu rõ nó cho các công việc trong tương lai.
Loại “ma” này xuất hiện do hiện tượng cộng hưởng. Khi có năng lượng và tạo ra sóng, những sóng này có thể tương tác với nhau tạo ra những điểm lạ kỳ nơi năng lượng bị khuếch đại. Ví dụ, khi bạn đi bộ với cà phê, mỗi bước đi đều tạo ra những gợn sóng bên trong cốc, và cuối cùng chúng gặp nhau, dẫn đến việc cà phê bị tràn ra ngoài. Trên một chiếc đệm bật, khi một người nhảy “vào” cú nhảy của người khác, họ có thể nhảy cao hơn nhiều. Trong trường hợp của SPS, việc làm đổ “cà phê hài hòa” này dẫn đến việc mất đi những photon thiết yếu trong một hiện tượng được gọi là suy giảm chùm hạt.
Theo các nhà khoa học, việc hiểu rõ hiện tượng cộng hưởng và động lực phi tuyến là rất quan trọng để tránh mất mát các hạt trong chùm hạt. Tình hình trở nên phức tạp hơn khi vấn đề có nhiều yếu tố chuyển động và nhiều "bậc tự do". Mỗi phần chuyển động, bao gồm cả các kết nối, đều tạo ra những rung động riêng. Suy giảm chùm hạt là một vấn đề lớn, đặc biệt khi các chùm proton ngày càng trở nên mạnh mẽ hơn. Những điều này cũng ảnh hưởng đến bất kỳ thí nghiệm nào mà hạt tương tác trong một môi trường khép kín, như nghiên cứu nhiệt hạch trong tokamak.
Bên trong SPS, các hạt chỉ có hai bậc tự do, nghe có vẻ không quá phức tạp. Giống như các photon bên trong một sợi quang, các photon SLS trong SPS đang di chuyển theo một quỹ đạo tổng thể nhưng cũng có thể “nảy” trong quỹ đạo đó, vì ngay cả một chùm sáng hẹp cũng vẫn có một độ dày nhất định. SPS có thể không phải là một chiếc bánh donut dày nhưng nó vẫn là một chiếc donut thật sự, chứ không chỉ là một hình tròn trong sách giáo khoa. Và sự “nảy lại” này bị biến dạng bởi các yếu tố con người và thực tế.
Dù SPS là một trong những cơ sở hàng đầu thế giới, nhưng trong nghiên cứu khoa học, mọi thứ đều phải làm với những gì có sẵn. Các nam châm vận hành những thiết bị này không hoàn hảo, và ngay cả những dao động nhỏ trong từ trường cũng có thể dẫn đến cộng hưởng. Để định lượng điều này, các nhà nghiên cứu đã tiến hành đo lường quanh vòng SPS và sử dụng dữ liệu đó để xây dựng một mô hình toán học gọi là phần Poincaré. Trong một 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 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 hình ảnh cộng hưởng nhưng dành cho một hệ thống động, mà hình dạng có thể thay đổi theo từng bước—và trong trường hợp này, có sự tham gia của yếu tố thời gian như một chiều thứ tư.
Bởi vì cộng hưởng trong một hệ thống khép kín như SPS cuối cùng cũng lặp lại, việc nghiên cứu bề mặt 4D có thể tái diễn như một GIF được làm tốt. Trong các phép toán của họ, nhóm nghiên cứu đã phát hiện ra rằng các đường cố định có thể dự đoán nơi hạt sẽ tập trung. Bằng cách dành thời gian để nghiên cứu và mô hình hóa hiện tượng này, họ hy vọng sẽ hỗ trợ các nhà nghiên cứu phát triển các chiến lược để giảm thiểu ảnh hưởng của những đường hài hòa này. Công việc này cũng có thể giúp những người xây dựng các gia tốc hạt mới tránh việc tạo ra “ma” từ trường ngay từ đầu, điều này có thể tiết kiệm rất nhiều tiền bằng cách giữ cho chùm hạt và dữ liệu được nguyên vẹn hơn và mang lại kết quả chất lượng cao với ít công sức hơn.
Caroline Delbert, một nhà văn và biên tập viên đóng góp tại Pop Mech, chia sẻ rằng những chủ đề yêu thích của cô bao gồm năng lượng hạt nhân, vũ trụ học, toán học trong cuộc sống hàng ngày và triết lý của mọi điều.
Nguồn tham khảo: https://www.popularmechanics.com/sc...st-haunting-most-famous-particle-accelerator/
