ნაწილაკთა ამაჩქარებლები მოწყობილობებია, რომლებიც დამუხტული ნაწილაკების სხივებს წარმოქმნის ან აჩქარებს. ნაწილაკთა მაღალი ინტენსივობის ამაჩქარებლებში რეზონანსების გავლენით ნაწილაკები იკარგება, რაც საკმაოდ დიდი პრობლემაა.

ამის მოგვარების საქმეში პროტონების სუპერ სინქროტრონისა (SPS) და GSI-ს (დარმშტადტი) მეცნიერებმა წინ წაიწიეს: მათ კონკრეტული რეზონანსული სტრუქტურის არსებობა ექსპერიმენტულად დაადასტურეს.

იგი თეორიულად აქამდეც არსებობდა. ჩნდებოდა სიმულაციებშიც, თუმცა სტრუქტურის ექსპერიმენტული გზით შესწავლა ძალიან რთული იყო, რადგან იგი ნაწილაკებზე ოთხგანზომილებიან სივრცეში ზემოქმედებს.

კვლევის მიგნებები მეცნიერებს სხივების ხარისხის გაუმჯობესებასა და ნაწილაკების დანაკარგის შემცირებაში დაეხმარება.

რატომ ჩატარდა ექსპერიმენტი?

იმის გაგება, თუ რატომ იკარგება ნაწილაკები, მეცნიერებს 2002 წლიდან სურდათ. ეს მას შემდეგ, რაც GSI-სა და CERN-ის მკვლევრებმა შენიშნეს, რომ ნაწილაკების დანაკარგი იზრდებოდა, როცა უფრო მაღალი ინტენსივობის სხივების მიღებას ცდილობდნენ.

იმის განსასაზღვრად, თუ რა გავლენა აქვს სხივებზე რეზონანსებსა და არაწრფივ მოვლენებს, საკმაოდ კომპლექსური დინამიკის შესწავლა იყო საჭირო. სწორედ ამიტომ, SPS-ის მეცნიერებმა GSI-ში მომუშავე კოლეგებთან გადაწყვიტეს თანამშრომლობა.

რა გააკეთეს მეცნიერებმა?

იმის გასაგებად, თუ რა გავლენა აქვს რეზონანსებს ნაწილაკების მოძრაობაზე, მეცნიერებმა სხივის პოზიციის მონიტორები გამოიყენეს. ისინი SPS-ის გარშემო იყო მოთავსებული და დაახლოებით სამი ათასი სხივის გავლას აკვირდებოდა. პარალელურად ზომავდა, სხივები ცენტრისაკენ იყო მიმართული თუ უფრო რომელიმე მხარისკენ; აკვირდებოდა სხივების ჰორიზონტალურ და ვერტიკალურ მიმართულებასაც.

ფრენკ შმიდტი, CERN-ის მკვლევარი და ნაშრომის თანაავტორი, ამბობს რომ სიმულაციებში საკმაოდ დიდი ძალისხმევა ჩადეს, რათა სხივის სტაბილურობაზე რეზონანსების გავლენა შეეფასებინათ.

რეზონანსების გავლენით ნაწილაკები მეცნიერთათვის გათვლილ ტრაექტორიას ზუსტად არ მისდევს, შემდეგ კი გზას უხვევს და იკარგება.

"ეს სხივის დეგრადაციას იწვევს და სხივის საჭირო პარამეტრების მიღებას ართულებს", — აცხადებს ჯულიანო ფრანჩეტი, GSI-ს მეცნიერი და კვლევის თანაავტორი.

რაში დაგვეხმარება მიგნებები?

ნაწილაკთა ამაჩქარებლები არაერთი დარგის კვლევებისთვის არის მნიშვნელოვანი. მაგალითისთვის, ეს სამედიცინო აღჭურვილობის სტერილიზებისა თუ კიბოს უჯრედების განადგურებისთვის შეიძლება გამოგვადგეს, გარემოს მონიტორინგისთვის ანდა საჰაერო-კოსმოსური ტექნოლოგიების წარმოების კუთხით.

"ახალი მიგნება განსაკუთრებული იმ მხრივ არის, რომ აჩვენებს, როგორ იქცევა ცალკეული ნაწილაკები შეწყვილებულ რეზონანსში", — აცხადებს ჰანეს ბარტოსიკი, CERN-ის მეცნიერი და კვლევის თანაავტორი.

საგულისხმო ისაა, რომ შეწყვილებული რეზონანსის სტრუქტურების არსებობას უკვე ექსპერიმენტის ფარგლებში დააკვირდნენ. მიუხედავად ამისა, სამუშაო კვლავაც ბევრია.

"თეორიაზე ვმუშაობთ, რომელიც ახსნის, როგორ მოძრაობს ნაწილაკები ამ რეზონანსების არსებობისას", — ამბობს ფრანჩეტი.

მეცნიერებს იმედი აქვთ, რომ ამ და წინა კვლევების შედეგების შეჯერებით შევძლებთ გავიგოთ, თუ რა უნდა მოვიმოქმედოთ, რომ ამ რეზონანსებმა ამჟამინდელ თუ სამომავლო აქსელერატორებზე გავლენა ნაკლებად იქონიოს ან სულაც აღარ იქონიოს.

კვლევა გამოცემაში Nature Physics გამოქვეყნდა.