Нова американска лаборатория за създаване на версии на атоми, никога не записвани на Земята | Физика на елементарните частици

От въглерод до уран, от кислород до желязо, химическите елементи са градивните елементи на света около нас и на Вселената като цяло. Сега физиците се надяват да получат безпрецедентна представа за техния произход с откриването на ново съоръжение, което ще създаде хиляди особени, нестабилни версии на атоми, никога досега не записани на Земята.

Чрез изучаването на тези версии, известни като изотопи, те се надяват да получат нови знания за реакциите, които са създали елементите в експлодиращи звезди, както и да тестват теории за “силната сила” – една от четирите фундаментални сили на природата, която свързва протоните и неутрони заедно в ядрото на атома. Съоръжението може да произвежда и нови изотопи за медицинска употреба.

Атомите са изградени от протони, неутрони и електрони. Броят на протоните диктува химичното поведение на атома и кой елемент е той – например въглеродът винаги има шест протона и златото 79 – докато атомите на един и същи елемент съдържат различен брой неутрони се наричат ​​изотопи.

Тъй като много изотопи са нестабилни и се разпадат бързо – понякога в рамките на части от секундата – учените са изследвали само малка част от тези, за които се смята, че съществуват.

„На Земята съществуват 285 изотопа на елементи, но ние вярваме, че потенциално има 10 000 изотопа за елементи до уран“, каза професор Брадли Шерил, научен директор на Съоръжението за редки изотопни лъчи (FRIB) в щата Мичиган. университет, който официално откри на 2 май. “Целта на FRIB е да осигури толкова широк достъп до този огромен пейзаж от други изотопи, колкото позволява технологията.”

Някои от тези “редки изотопи” могат да доведат до реакции, които са от решаващо значение за образуването на елементи. Така че, изучавайки ги, физиците се надяват да разберат по-добре химическата история на Вселената, включително как сме стигнали до тук.

Смята се, че по-голямата част от елементите са създадени от експлодиращи звезди, но „в много случаи ние не знаем кои звезди кои елементи са създали, защото тези реакции включват нестабилни изотопи – неща, които не можем лесно да се докопаем до тях“. каза професор Гавин Лотай, ядрен физик от университета в Съри, който планира да използва новото съоръжение за изследване на често срещани експлозии, наречени рентгенови изблици в неутронни звезди.

Друга цел е да се разберат атомните ядра достатъчно добре, за да се разработи изчерпателен модел за тях, който би могъл да предостави нови прозрения за ролята, която играят в създаването на енергия за звездите или реакциите, протичащи в атомните електроцентрали.

Съоръжението може да произвежда и медицински полезни изотопи. Лекарите вече използват радиоактивни изотопи, например при сканиране на домашни любимци и някои видове лъчева терапия, но откриването на нови изотопи може да помогне за подобряване на образната диагностика или да предостави нови начини за намиране и унищожаване на тумори.

Регистрирайте се за Първо издание, нашия безплатен ежедневен бюлетин – всяка делнична сутрин в 7 сутринта BST

За да генерира тези изотопи, FRIB ще ускори лъч от атомни ядра до половината от скоростта на светлината и ще ги изпрати надолу по 450-метрова тръба, преди да ги разбие в мишена, която ще накара някои атоми да се фрагментират на по-малки комбинации от протони и неутрони. След това серия от магнити ще филтрира желаните изотопи и ще ги насочи към експериментални камери за по-нататъшно изследване.

„За една милионна част от секундата можем да изберем конкретен изотоп и да го предадем на експеримент, където [scientists] можем да го хванем и да наблюдаваме радиоактивния му разпад или можем да го използваме, за да предизвикаме друга ядрена реакция и да използваме тези реакционни продукти, за да ни кажат нещо за структурата на изотопа“, каза Шерил.

Първите експерименти ще се състоят в създаване на възможно най-тежките изотопи на флуор, алуминий, магнезий и неон и сравняване на скоростта на радиоактивния им разпад с тези, предвидени от съществуващите модели. „Изненадата ще бъде, ако нашите наблюдения се съгласят с това, което очаквахме“, каза Шерил. “Те вероятно няма да се съгласят и тогава ще използваме това несъгласие, за да усъвършенстваме нашите модели.”

Около месец по-късно изследователите на FRIB планират да измерят радиоактивния разпад на изотопи, за които се смята, че съществуват в неутронните звезди – някои от най-плътните обекти във Вселената, образувани, когато масивна звезда свърши без гориво и се разпадне – за да разберат по-добре тяхното поведение .

„Най-накрая имаме инструментите, за да позволим на хората да правят изследванията, които са чакали от 30 години“, каза Шерил. „Това е като да имаме нов, по-голям телескоп, който може да вижда по-далеч във Вселената от всякога – само че ние ще видим по-далеч в ядрения пейзаж, отколкото някога сме били в състояние да погледнем преди. Всеки път, когато имате нов инструмент като този, има потенциал за откриване.

Add Comment