圖說：測量粒子加速器束流的示意圖。在更高維度上測量束流時，束流的結構複雜性會隨之增加。高維度測量結果可揭示次級維度隱藏的信息。

《物理評論快報》（Physical Review Letters）雜誌近期報道，美國田納西大學諾克斯維爾分校（University of Tennessee, Knoxville）的一個研究小組，在美國能源部橡樹嶺國家實驗室（Department of Energy’s Oak Ridge National Laboratory，簡稱ORNL），利用散裂中子源直線加速器（linac）的複製品首次對束流進行了全面的六維測量。這將提升人們對加速器的認知，並提升加速器的性能。ORNL加速器研究部門主管、UT教授薩哈·庫西諾（Sarah Cousineau）說：“我們的目標是，通過更好地瞭解束流的物理特性來改進加速器的工作方式。而達成這一目標的部分工作，與在六維空間中全面測量束流有關。”

六維空間與三維空間類似，但在x、y和z軸上包含有3個額外的座標，以追蹤目標的運動或速度。庫西諾接着說：“我們發現六維空間中的複雜結果是無法在次級維度（五維以下）中觀測到的。此外，我們還發現束流的結構與其強度有關——強度增加，結構更復雜。”

在庫西諾等的研究之前，對加速器束流進行全面描述的嘗試成爲了“維度詛咒”的犧牲品。在“維度詛咒”中，低維度測量在高維中的難度將以指數級提高。科學家們試圖通過增加3個2D測量值創建一個準六維的表示方法來規避這個問題。但UT-ORNL的團隊認爲這種方法是不夠完善的。在美國國家科學基金會(National Science Foundation)的資助下，UT使用的束流測試設備具備了最先進的六維測試性能。

研究人員的最終目標是建立整個光束的模型（包括減輕束暈等）。他們說，目前更直接的挑戰是找到能夠分析六維測量在35小時內產生的大約500萬個數據點的軟件工具。ORNL物理學家、論文合著者亞歷山大·亞歷山德羅夫（Alexander Aleksandrov）說：“15年前，當我們提出進行六維測試的設想時，‘維度詛咒’似乎無法逾越。但現在我們成功了，因此我們確信可以進一步改進這個測試系統，使其能以更快的速度和更高的分辨率進行測試，進而爲全球科學家的工具庫添磚加瓦。”庫西諾認爲，束流的六維測試研究對於分析百兆瓦級加速器的製造可行性非常重要。他們將在接下來的十年裏對此展開研究。

編譯：雷鑫宇 審稿：西莫 責編：張夢

期刊來源：《物理評論快報》

期刊編號：0031-9007

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

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