Do odkrycia doszło w synchrotronie superprotonowym (SPS) stanowiącym jeden z elementów gigantycznego laboratorium. Po raz pierwszy w historii bowiem naukowcy zmierzyli oraz opisali niewidoczną strukturę, która sprawia, że cząstki nie do końca poruszają się po zadanej przez gigantyczne magnesy ścieżce.
Kiedy w akceleratorze naukowcy wypuszczają w przeciwnych kierunkach wiązki cząstek subatomowych, owe cząstki poruszają się tak, jak nakazują im to magnesy otaczające tunel zderzacza. Naukowcy jednak bezustannie rejestrują degradację wiązki cząstek przemieszczającej się wewnątrz zderzacza, a tym samym utratę niektórych cząstek, które nie docierają do celu. To z kolei sprawia, że w niektórych przypadkach parametry wiązki nie spełniają wymagań określonych przez eksperyment.
Jak donoszą w najnowszym artykule naukowym badacze, za fakt ten odpowiedzialny jest zjawisko rezonansu. Uwzględnienie tego faktu może rozwiązać problemy, które dotyczą praktycznie wszystkich akceleratorów cząstek bazujących na magnesach.
Czytaj także: Wielki Zderzacz Hadronów na drodze do rekordu. Ujawniono ambitne plany CERNu
Ze zjawiskiem rezonansu mamy do czynienia w wielu różnych skalach. Jednym z lepszych jest skala Układu Słonecznego. Księżyce gazowych olbrzymów wchodzi ze sobą w rezonans. Oznacza to, że krążące wokół planety księżyce oddziałują ze sobą grawitacyjnie, mijając się w drodze wokół planety, a z czasem dochodzi do swoistej synchronizacji ich ruchu. Dobrym przykładem mogą być tutaj księżyce galileuszowe Jowisza. Na każde cztery okrążenia Io wokół Jowisza, Europa wykonuje dokładnie dwa, a Ganimedes jedno (mamy tutaj zatem rezonans 4:2:1).
Gdzie jednak powstaje rezonans w zderzaczu cząstek?
Tak jak wspomniano wyżej, wiązka cząstek rozpędzana w akceleratorze kierowana jest we właściwym kierunku przez pole magnetyczne generowane przez silne magnesy. Problem w tym, że komponenty każdego akceleratora muszą być wykonane z niewiarygodną wprost precyzją. Naukowcy wskazują, że to właśnie niedoskonałości magnesów odpowiadają za powstawanie swoistych struktur, które odkształcają tor lotu cząstek subatomowych.
Opisanie tych struktur nie należy jednak do rzeczy prostych. Trudności z monitorowaniem ruchu cząstek sprawiają, że naukowcy obserwują zazwyczaj w jednej płaszczyźnie, lub inaczej mówiąc, uwzględniając dwa stopnie swobody. Cząstki obserwuje się jedynie w płaszczyźnie góra-dół lub prawo-lewo. Cały problem jednak polega na obserwowaniu ruchu cząstek przy uwzględnieniu wszystkich stopni swobody jednocześnie, a to już od strony matematycznej dużo trudniejsze, niż się wydaje. Tylko w ten sposób można opisać właściwy rezonans.
Czytaj także: Gigantyczny akcelerator cząstek. Wielki Zderzacz Hadronów to przy nim obwarzanek
Zespół fizyków wykorzystał specjalistyczną aparaturę pomiarową do monitorowania położenia 3000 wiązek. W ten sposób udało się ustalić, gdzie wiązka jest skierowana we właściwym kierunku, a gdzie jest odchylana w dowolną stronę. W ten sposób udało się stworzyć mapę rezonansu, która z kolei pozwoliła ustalić i opisać anomalię magnetyczną, która wpływa na cząstki. Mało tego, badaczom udało się opisać zachowanie poszczególnych cząstek pod wpływem rezonansu i potwierdzić, że zachowują się one zgodnie z przewidywaniami teoretycznymi i wynikami symulacji prowadzonych na superkomputerach.
To jednak dopiero początek prac, które mają prowadzić do poprawy jakości prowadzonych w akceleratorze eksperymentów. Fizycy muszą bowiem teraz ustalić, w jaki sposób można zniwelować anomalię i sprawić, że wiązki będą ulegały mniejszej degradacji.
