Физики реализовали оптическое стохастическое охлаждение пучков частиц
Американские физики сообщили о том, что им впервые удалось реализовать оптическое стохастическое охлаждение пучков заряженных частиц. Этот тип охлаждения заключается в гашении импульсных флуктуаций за счет системы обратной связи. В новой работе эта связь происходила на оптических частотах, что необходимо для повышения эффективности и скорости охлаждения на ускорителях и синхротронах. Исследование опубликовано в Nature.
Львиная доля открытий в фундаментальной доле сделана с помощью пучков элементарных частиц и ионов, разогнанных до высоких скоростей. Чаще всего пучки либо сталкивают между собой в линейных и кольцевых ускорителях, либо заставляют бегать по кругу для генерации синхротронного излучения. В тех из приложений, где частицы путешествуют по кольцевой траектории, их охлаждение — это обязательная и неотъемлемая часть установки. Под охлаждением пучков быстро летящих частиц понимается сокращение объема в шестимерном фазовом пространстве, который занимают все частицы. Проще говоря, перед физиками стоит задача уменьшения разброса по импульсам и по координатам частиц относительно некоторых желательных значений.
Среди множества методов пучкового охлаждения выделяется стохастическое охлаждение. Его суть заключается в подавлении отдельных флуктуаций с помощью системы обратной связи (пикап), которая в нужный момент активирует дополнительное электромагнитное воздействие (кикер), сужающее пучок. Этот метод хорошо показал себя при работе с протонными и антипротонными пучками, а его изобретение было отмечено Нобелевской премией по физике за 1984 год.
Частота, с которой срабатывает система, пропорциональная количеству частиц в пучке. Кроме того, эта частота определяет скорость охлаждения, которую желательно увеличить. Сейчас стохастическое охлаждение работает на гигагерцовых частотах, однако грядущие эксперименты потребуют более эффективного охлаждения. Для решения этой проблемы почти 30 лет назад было предложено оптическое стохастическое охлаждение, в котором полосу пропускания предлагалось поднять до 10