नई Fermilab त्वरक में पहली प्रोटॉन किरणें परिसंचरण करती हैं

भविष्य के टकराने वाले उपकरणों की ओर एक महत्वपूर्ण कदम

संयुक्त राज्य अमेरिका के प्रमुख कण भौतिकी प्रयोगशाला Fermilab के शोधकर्ताओं ने एक विशेष परीक्षण त्वरक के अंदर पहली प्रोटॉन किरणों को सफलतापूर्वक त्वरित और संग्रहीत किया है। Integrable Optics Test Accelerator सुविधा में प्राप्त यह मील का पत्थर, अधिक शक्तिशाली कण टकराने वाले उपकरणों को विकसित करने के लिए आवश्यक प्रौद्योगिकी के विकास की ओर एक महत्वपूर्ण कदम है, जो मौलिक भौतिकी की सीमाओं को आगे बढ़ा सकता है।

परीक्षण त्वरक बीम भौतिकी के लिए नई दृष्टिकोणों को मान्य करने के लिए डिज़ाइन किया गया है जो भविष्य के टकराने वाले उपकरणों के प्रदर्शन में नाटकीय सुधार ला सकते हैं। पहली बीम परिसंचरण प्राप्त करके, Fermilab टीम ने प्रदर्शित किया है कि सुविधा के पीछे की मूल अवधारणाएं ध्वनि हैं और अधिक उन्नत प्रयोग अब आगे बढ़ सकते हैं।

इस त्वरक को अलग क्या बनाता है

अच्छी तरह से स्थापित बीम फोकसिंग तकनीकों पर निर्भर करने वाले पारंपरिक कण त्वरक के विपरीत, Fermilab परीक्षण सुविधा integrable optics नामक एक अवधारणा का अन्वेषण करती है। यह दृष्टिकोण विशेष रूप से डिज़ाइन किए गए चुंबकीय क्षेत्रों का उपयोग करके कण बीम के व्यवहार को नियंत्रित करता है जो पारंपरिक त्वरक के प्रदर्शन को सीमित करने वाली अस्थिरता को दबाता है।

एक पारंपरिक त्वरक में, घनीभूत प्रोटॉन बीम के भीतर तीव्र विद्युत चुंबकीय बल व्यक्तिगत कणों को उनके इच्छित पथ से दूर जाने का कारण बन सकते हैं, जिसे beam halo के रूप में जाना जाता है। यह प्रभाव यह सीमित करता है कि बीम कितनी मजबूती से केंद्रित हो सकते हैं और कितने कणों को उनमें रखा जा सकता है, जो बदले में टकराव की दर और मशीन के वैज्ञानिक आउटपुट को सीमित करता है।

Integrable optics चुंबकीय क्षेत्र कॉन्फ़िगरेशन बनाकर एक संभावित समाधान प्रदान करता है जो उच्च तीव्रता पर भी कणों को स्थिर रखते हैं। इस दृष्टिकोण के पीछे का सिद्धांत कई वर्षों में विकसित किया गया है, लेकिन Fermilab सुविधा वास्तविक प्रोटॉन बीम के साथ इसका प्रायोगिक परीक्षण करने का पहला अवसर है।

यह भौतिकी के लिए क्यों महत्वपूर्ण है

कण भौतिकी समुदाय सक्रिय रूप से इस बारे में बहस कर रहा है कि अगला प्रमुख टकराने वाला उपकरण कैसा दिखना चाहिए। CERN पर Large Hadron Collider वर्तमान में विश्व का सबसे शक्तिशाली त्वरक है, 2008 से संचालित हो रहा है और 2030 के दशक के मध्य तक चलते रहने की उम्मीद है। इसके उत्तराधिकारी की योजना पहले से ही चल रही है, टेबल पर कई प्रतिस्पर्धी प्रस्ताव हैं।

Fermilab परीक्षण सुविधा में प्रदर्शित प्रौद्योगिकियां इन भविष्य की मशीनों के डिजाइन को सूचित कर सकती हैं:

• उच्च बीम तीव्रता टकराव की दरों को बढ़ाएगी और दुर्लभ घटनाओं की खोज की संभावनाओं में सुधार करेगी
• अधिक स्थिर बीम नुकसान कम करेंगी और त्वरक संचालन की दक्षता में सुधार करेंगी
• नई बीम नियंत्रण तकनीकें भविष्य के टकराने वाले उपकरणों की लागत और आकार को कम कर सकती हैं
• AI-संचालित बीम अनुकूलन विधियां नई त्वरक भौतिकी के साथ विकसित की जा रही हैं

प्रोटॉन बीम को सफलतापूर्वक संग्रहीत करने की क्षमता सुविधा की मौलिक इंजीनियरिंग को मान्य करती है और आने वाले वर्षों में योजनाबद्ध तेजी से परिष्कृत प्रयोगों की एक श्रृंखला के लिए दरवाजा खोलती है।

व्यापक त्वरक परिदृश्य

Fermilab की उपलब्धि विश्व स्तर पर कण भौतिकी अवसंरचना में पुनः रुचि के समय में आती है। CERN Future Circular Collider की योजनाओं का पीछा कर रहा है, एक विशाल मशीन जो LHC को पीछे छोड़ देगी। चीन ने Circular Electron Positron Collider का प्रस्ताव दिया है। जापान International Linear Collider के लिए अपनी वकालत जारी रखता है। ये प्रत्येक प्रकल्प महत्वपूर्ण तकनीकी और वित्तीय चुनौतियों का सामना कर रहे हैं, और लागत कम करने या प्रदर्शन में सुधार कर सकने वाली नई तकनीकों की तत्काल आवश्यकता है।

Fermilab में परीक्षण की जा रही integrable optics दृष्टिकोण इन कई प्रस्तावों के लिए प्रासंगिक साबित हो सकती है। यह प्रदर्शित करके कि नई बीम भौतिकी अवधारणाएं व्यवहार में काम करती हैं, सुविधा मूल्यवान डेटा प्रदान करती है जिसे त्वरक डिजाइनर अपनी योजनाओं में शामिल कर सकते हैं।

तकनीकी उपलब्धियां

पहली बीम परिसंचरण प्राप्त करने के लिए Fermilab टीम को कणों के स्रोत, त्वरण के लिए radio-frequency cavities, और integrable optics को लागू करने वाली विशेष magnets सहित त्वरक घटकों की एक जटिल श्रृंखला को क्रियान्वित करना पड़ा। प्रोटॉन को सफलतापूर्वक इंजेक्ट, त्वरित और रिंग में संग्रहीत करने से पहले प्रत्येक घटक को सटीक रूप से संरेखित और कैलिब्रेट किया जाना था।

टीम ने बताया कि बीम सिमुलेशन द्वारा अनुमानित के अनुसार व्यवहार करता है, integrable optics अवधारणा के अंतर्निहित सैद्धांतिक मॉडल का एक आश्वस्त करने वाला सत्यापन। आगे के प्रयोग अधिक चरम स्थितियों के तहत बीम कैसे प्रतिक्रिया करता है, इसकी जांच करेंगे, जिसमें उच्च तीव्रता और लंबे समय तक भंडारण शामिल है।

आगे की ओर देख रहे हैं

पहली बीम परिसंचरण प्राप्त करके, Fermilab टीम आने वाले कुछ वर्षों में एक महत्वाकांक्षी प्रायोगिक कार्यक्रम को आगे बढ़ाने की योजना बना रही है। इसमें बढ़ती तीव्रता पर बीम स्थिरता का विस्तृत माप, AI-आधारित बीम नियंत्रण एल्गोरिदम के परीक्षण, और integrable optics अवधारणा को उसकी सीमा तक धकेलने के लिए डिज़ाइन किए गए प्रयोग शामिल होंगे। परिणाम सीधे अगली पीढ़ी के कण टकराने वाले उपकरणों को डिजाइन और निर्माण करने के वैश्विक प्रयास में योगदान देंगे, मशीनें जो हमारे ब्रह्मांड को बनाने वाले मौलिक बलों और कणों की नई समझ को अनलॉक कर सकती हैं।

यह लेख Interesting Engineering की रिपोर्टिंग पर आधारित है। मूल लेख पढ़ें।