Công dụng của bản đồ loạt điện


16

Tôi đến từ lĩnh vực vật lý máy gia tốc, đặc biệt liên quan đến các vòng lưu trữ tròncho các nguồn sáng synchrotron. Các electron năng lượng cao lưu thông xung quanh vòng, được dẫn hướng bởi từ trường. Các electron lưu thông hàng tỷ lần và người ta muốn dự đoán sự ổn định. Bạn có thể mô tả chuyển động của các electron tại một điểm trong vòng theo không gian pha (vị trí, không gian động lượng). Mỗi vòng quay vòng, hạt trở lại vị trí và động lượng mới, và điều này xác định một bản đồ trong không gian pha gọi là "bản đồ một lượt". Chúng tôi có thể giả định rằng có một điểm cố định tại điểm gốc, và do đó nó có thể được mở rộng trong chuỗi lũy thừa. Vì vậy, người ta muốn biết về sự ổn định của các bản đồ loạt điện lặp. Có nhiều câu hỏi khó về điều này, và chủ đề có một lịch sử cũ. Nhiều thư viện đã được triển khai - để thực hiện cái gọi là Đại số cắt ngắn Power Series. (Xem ví dụbài viết này về zlib của Y. Yan. Thêm nền tảng về vật lý và một cách tiếp cận để phân tích là cách tiếp cận dạng bình thường, ví dụ Bazzani et. al. ở đây .) Câu hỏi là làm thế nào để sử dụng một thư viện như vậy, và làm thế nào để giải quyết vấn đề ổn định. Cách tiếp cận chính được sử dụng trong động lực học chùm tia là phân tích dạng bình thường, điều mà tôi không tin là đã thành công. Tôi tự hỏi nếu một số loại phương pháp quang phổ đã được phát triển trong các lĩnh vực khác (có lẽ dọc theo dòng của một cái gì đó như thế này?). Ai đó có thể nghĩ về một miền khác trong đó sự ổn định lâu dài của các bản đồ chuỗi năng lượng lặp có điểm cố định tại điểm gốc được phân tích, vì vậy chúng tôi có thể chia sẻ kiến ​​thức hoặc có được một số ý tưởng mới? Một ví dụ tôi biết là công việc của Người cá và "Chế độ máy gia tốc" trong vật lý nguyên tử. Có những người khác? Những hệ thống nào khác có thể được mô hình hóa như một rôto đá, hoặc bản đồ Henon?


2
Tôi nghĩ rằng nó có thể hữu ích để xây dựng một chút về thuật ngữ của bạn. Ví dụ, tôi quen thuộc với tất cả các khái niệm toán học mà bạn đã đề cập, nhưng tôi hoàn toàn không thể hình dung được ý của bạn trong bối cảnh này bằng "bản đồ không gian pha". Tôi chắc chắn trong lĩnh vực cụ thể của bạn, điều này không cần giải thích, nhưng những người từ các chuyên ngành khác có thể nhận ra họ thực sự biết cách giúp bạn nếu bạn giải thích thêm một chút về ý của bạn.
Colin K

1
Đó thực sự là một điểm tốt: vì có lẽ trang web này sẽ tập hợp mọi người từ nhiều ngành khoa học khác nhau, điều đặc biệt quan trọng là xác định các thuật ngữ cụ thể theo lĩnh vực (hoặc ít nhất là liên kết đến các giải thích).
David Z

Đồng ý, Collin và David. Cảm ơn các ý kiến. Không gian pha là không gian động lượng. Hãy nghĩ về một vị trí trong vòng và electron có vị trí và động lượng ngang (vận tốc). Sau khi nó đi vòng vòng một lần, nó sẽ có một vị trí và vận tốc mới. Vì vậy, nó được gọi là bản đồ một lượt. Nếu nó là tuyến tính, nó sẽ giống như một bộ dao động điều hòa, theo dõi một hình elip trong không gian pha. Đối với trường hợp có hình tròn, bản đồ sẽ có dạng x_1 = cos (theta) x_0 + sin (theta) p_0 và p_1 = -sin (theta) x_0 + cos (theta) p_0. Điều đó có làm rõ không?
Boaz

Tôi đã thêm một vài tài liệu tham khảo vào văn học trong vật lý chùm và tính toán, và thêm một định nghĩa ngắn về không gian pha.
Boaz

Tình cờ, tôi đã hỏi một câu hỏi tương tự trên Stack Exchange, Toán học, ở đây . Ở đó tôi đã hỏi về các giải pháp cho câu hỏi ổn định theo quan điểm toán học. Ở đây, tôi đã tự hỏi liệu vấn đề tương tự có tồn tại trong các môn khoa học khác hay không, vì nó có vẻ hơi chung chung, nhưng không được kết nối với nhiều bên ngoài động lực học chùm tia. Một lĩnh vực tôi biết là chế độ máy gia tốc trong vật lý nguyên tử. Có những người khác?
Boaz

Câu trả lời:


4

Bạn có thể đã biết điều này rồi, nhưng nó có vẻ như là một cái gì đó từ thế giới của lý thuyết hỗn loạn và fractals? (do đó, nó là "khó khăn" tính toán)

Đối với câu hỏi của bạn, bạn đã nhìn vào thế giới của cơ học hành tinh và các vấn đề cơ thể N? Chúng cũng bị buộc phải sử dụng các giải pháp lặp và vật lý cơ bản cơ bản là N ^ 2, mặc dù các nguồn lực thường được phép di chuyển xung quanh - chỉ để làm phức tạp mọi thứ hơn nữa.

Đã lâu rồi tôi mới xem chúng, nhưng việc bạn đề cập đến các bản đồ pha ổn định nghe rất giống Bản đồ Henon. Tôi chắc chắn những ứng dụng này phải có ứng dụng rộng hơn, nhưng chúng thường được mô tả dưới dạng ổn định hành tinh (ví dụ: sự ổn định của mặt trăng thứ hai trong hệ mặt trăng-hành tinh).


Đúng vậy, bản đồ Henon chính xác là thứ chúng ta có trong động lực học của máy gia tốc. Vấn đề tương tự với vấn đề cơ thể N là không gian ở đó lớn hơn nhiều. "Không gian pha" có kích thước 6xN, trong khi đối với hạt đơn trong vòng lưu trữ, nó chỉ là 6 chiều trong trường hợp chung. Tôi tò mò về những gì các miền khác kết thúc với thứ gì đó như bản đồ Henon để mô hình hóa động lực học. Dọc theo lộ trình lý thuyết hỗn loạn, tôi cũng nghĩ đến việc xem xét lý thuyết động lực học dân số. Cảm ơn câu trả lời.
Boaz

4

Bạn có thể xem xét hành vi tiệm cận của các hệ thống động lực rời rạc . Có cả một tài liệu lý thuyết phong phú về chủ đề này trong toán học và văn học ứng dụng nhiều hơn trong vật lý và khoa học máy tính.


Cảm ơn Mrocklin. Tôi đã xem xét một chút về tài liệu chung, và không tìm thấy giải pháp, hoặc có thể nó quá toán học, và tôi đã không tìm thấy vấn đề tương tự được đặt ra theo cách tôi có thể hiểu nó.
Boaz

Dưới đây là một số câu hỏi từ lĩnh vực này: (1) Bạn có hình thành quỹ đạo không - tức là sau vài lần lặp lại, bạn có quay lại cùng một vị trí không? (2) Hệ thống của bạn có nhạy cảm với những xáo trộn nhỏ - tức là nếu chúng ta bắt đầu một trạng thái hơi xa trạng thái bắt đầu của bạn thì nó sẽ kết thúc ở một nơi cực kỳ khác biệt? (3) Có một số loại nhiễu loạn hành động điên cuồng trong khi những người khác đang thuần hóa? Cung cấp câu trả lời cho các loại câu hỏi này có thể cung cấp một số cái nhìn sâu sắc về các thuộc tính của hệ thống vật lý của bạn.
MRocklin

(1) Gần điểm gốc, động lực ổn định và hình thành quỹ đạo kín. Đi ra xa hơn, đôi khi người ta tìm thấy những hòn đảo ổn định khác. Và sau đó thậm chí xa hơn, các động lực không ổn định, tức là không bị ràng buộc. (2) Một số khía cạnh nhạy cảm và một số thì không. Các quỹ đạo ổn định không quá nhạy cảm với bất kỳ loại nhiễu loạn nào. (3) Các nhiễu loạn thường hoạt động định kỳ với một số tần số. Một số tần số gây ra cộng hưởng có thể thay đổi đáng kể động lực học ngay cả đối với các nhiễu loạn nhỏ. Nhưng biết trước thời gian mà tần số như vậy là nguy hiểm không được hiểu rõ.
Boaz

1

Có thể hữu ích khi xem xét các phương pháp mô hình Taylor; đây có vẻ là một bài viết tổng quan tốt đẹp Hãy thử nếu COZY vô cùng có thể làm những gì bạn muốn.


Cảm ơn Erik. Vâng, tôi có phần quen thuộc với vô cùng COZY. Bài viết mà bạn liên kết có vẻ hữu ích để biết tổng quan về các phương pháp sử dụng chuỗi lũy thừa để tính toán các hàm khác nhau và tìm giới hạn lỗi, v.v. Tuy nhiên, câu hỏi của tôi là về những hệ thống nào (ngoài vòng lưu trữ tròn) có thể được mô hình hóa bằng chuỗi sức mạnh và làm thế nào một giải quyết cho khu vực ổn định. Tôi không nghĩ rằng các phương thức biểu mẫu bình thường có thể làm điều đó, ví dụ. Đây là một chủ đề có ảnh hưởng trong động lực học chùm tia, nhưng tôi không thấy rằng nó đã giải quyết được vấn đề.
Boaz
Khi sử dụng trang web của chúng tôi, bạn xác nhận rằng bạn đã đọc và hiểu Chính sách cookieChính sách bảo mật của chúng tôi.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.