في «المُسرّع الأكبر للبروتونات» في المنظمة الأوروبية للأبحاث النووية، تمكّن علماء الفيزياء أخيراً من قياس بنية غير مرئية تستطيع تغيير مسار الجسيمات في داخلها وقد تُسبب المشاكل في الأبحاث المرتبطة بالجسيمات.
تحصل هذه العملية في «فضاء الحالة» الذي يشير إلى حالة واحدة أو حالات متعددة لنظام متحرّك. ونظراً إلى ضرورة أن تمثّل أربع حالات تلك البنية، يعتبرها الباحثون رباعية الأبعاد.
تنجم هذه البنية عن ظاهرة الرنين، ويسمح قياسها بتقريب العلماء من حل مشكلة شائعة في مسرّعات الجسيمات المغناطيسية.
يظهر الرنين حين يتفاعل نظامان ويحصل تنسيق بينهما. قد ينشأ هذا الرنين مثلاً بين مدارات الكواكب حين تتفاعل خلال رحلتها حول نجم معيّن تحت تأثير الجاذبية.
تستعمل مسرّعات الجسيمات قطعاً مغناطيسية قوية لإنتاج حقول كهرومغناطيسية وتوجيه إشعاعات الجسيمات وتسريعها نحو المواقع التي يختارها علماء الفيزياء. كذلك، قد يظهر الرنين في المُسرّع بسبب العيوب الموجودة في المغناطيس، فتنشأ بنية مغناطيسية تتفاعل مع الجسيمات بطرقٍ شائكة.
غالباً ما يَصِف العلماء الجسيمات التي تتحرك في المسرّعات عبر استعمال درجتَين من الحرية، ما يشير إلى نوعَين من الإحداثيات اللازمة لتحديد نقطة معيّنة على شبكة مسطّحة.
لوصف البنى في داخلها، لا بد من رسم خرائطها عبر استعمال خصائص إضافية في فضاء الحالة، بما يختلف عن الأبعاد التي تتراوح بين الأعلى والأسفل أو اليسار واليمين. بعبارة أخرى، تبرز الحاجة إلى أربعة معايير لرسم خارطة كل نقطة في الفضاء.
استعمل الباحثون في تجربتهم الجديدة أجهزة لمراقبة موقع الشعاع، إلى جانب «المُسرّع الأكبر للبروتونات»، فقاسوا بهذه الطريقة موقع الجسيمات الخاصة بحوالى 3 آلاف شعاع. ومن خلال قياس مكان تَرَكُّز الجسيمات أو موقعها الجانبي بدقة، تمكّن العلماء من طرح خارطة للرنين الذي يطارد المُسرّع.
تُعتبر هذه النتيجة مميزة لأنها تكشف سلوك الجسيمات الفردية تحت تأثير الرنين المقترن. قد يثبت العلماء أن هذه النتائج التجريبية تتماشى مع التوقعات السابقة التي ترتكز على النظريات وتجارب المحاكاة.
تقضي الخطوة المقبلة بتطوير نظرية لوصف سلوكيات الجسيمات الفردية تحت تأثير رنين المُسَرِّع. برأي الباحثين، قد تمنحهم هذه المقاربة طريقة جديدة لتخفيف تدهور الشعاع وبلوغ إشعاعات عالية الدقة تسمح بتطوير التجارب الراهنة والمستقبلية على مسرّعات الجسيمات.
