图说：测量粒子加速器束流的示意图。在更高维度上测量束流时，束流的结构复杂性会随之增加。高维度测量结果可揭示次级维度隐藏的信息。

《物理评论快报》（Physical Review Letters）杂志近期报道，美国田纳西大学诺克斯维尔分校（University of Tennessee, Knoxville）的一个研究小组，在美国能源部橡树岭国家实验室（Department of Energy’s Oak Ridge National Laboratory，简称ORNL），利用散裂中子源直线加速器（linac）的复制品首次对束流进行了全面的六维测量。这将提升人们对加速器的认知，并提升加速器的性能。ORNL加速器研究部门主管、UT教授萨哈·库西诺（Sarah Cousineau）说：“我们的目标是，通过更好地了解束流的物理特性来改进加速器的工作方式。而达成这一目标的部分工作，与在六维空间中全面测量束流有关。”

六维空间与三维空间类似，但在x、y和z轴上包含有3个额外的坐标，以追踪目标的运动或速度。库西诺接着说：“我们发现六维空间中的复杂结果是无法在次级维度（五维以下）中观测到的。此外，我们还发现束流的结构与其强度有关——强度增加，结构更复杂。”

在库西诺等的研究之前，对加速器束流进行全面描述的尝试成为了“维度诅咒”的牺牲品。在“维度诅咒”中，低维度测量在高维中的难度将以指数级提高。科学家们试图通过增加3个2D测量值创建一个准六维的表示方法来规避这个问题。但UT-ORNL的团队认为这种方法是不够完善的。在美国国家科学基金会(National Science Foundation)的资助下，UT使用的束流测试设备具备了最先进的六维测试性能。

研究人员的最终目标是建立整个光束的模型（包括减轻束晕等）。他们说，目前更直接的挑战是找到能够分析六维测量在35小时内产生的大约500万个数据点的软件工具。ORNL物理学家、论文合著者亚历山大·亚历山德罗夫（Alexander Aleksandrov）说：“15年前，当我们提出进行六维测试的设想时，‘维度诅咒’似乎无法逾越。但现在我们成功了，因此我们确信可以进一步改进这个测试系统，使其能以更快的速度和更高的分辨率进行测试，进而为全球科学家的工具库添砖加瓦。”库西诺认为，束流的六维测试研究对于分析百兆瓦级加速器的制造可行性非常重要。他们将在接下来的十年里对此展开研究。

编译：雷鑫宇 审稿：西莫 责编：张梦

期刊来源：《物理评论快报》

期刊编号：0031-9007

原文链接：https://scitechdaily.com/physicists-make-first-six-dimensional-phase-space-measurement/

中文内容仅供参考，一切内容以英文原版为准。