Нова лабораторія США створює копії атомів, які не були зафіксовані на Землі | Фізика елементарних частинок

Від вуглецю до урану, від кисню до заліза, хімічні елементи є будівельними блоками навколишнього світу та всього Всесвіту. Тепер фізики сподіваються отримати безпрецедентний погляд на їх походження, відкривши нову установку, яка створить тисячі дивних і нестабільних версій атомів, які ніколи раніше не були зареєстровані на Землі.

Вивчаючи ці версії, відомі як ізотопи, вони сподіваються отримати нове розуміння взаємодій, які створили Елементи всередині наднових, а також перевірка теорій про “сильну силу” – одну з чотирьох фундаментальних сил природи, які зв’язують протони і нейтрони разом в ядрі атома. Також заклад може виробляти нові аналоги для медичного застосування.

Атоми складаються з протонів, нейтронів і електронів. Кількість протонів визначає хімічну поведінку атома та того, яким елементом він є – наприклад, вуглець завжди має шість протонів, золото – 79, а атоми одного елемента з різною кількістю нейтронів називають ізотопами.

Оскільки багато ізотопів нестабільні і швидко розпадаються — іноді за мілісекунди — вчені вивчили лише невеликий відсоток ізотопів, які, як вважають, існують.

«На Землі знайдено 285 ізотопів елементів, але ми думаємо, що, ймовірно, існує 10 000 ізотопів елементів, навіть урану», — сказав професор Бредлі Шерріл, науковий директор Центру рідкісних ізотопних променів (FRIB) у штаті Мічиган. Університет офіційно відкрився 2 травня. «Мета FRIB — забезпечити якомога більший доступ до цього величезного ландшафту від інших аналогів, наскільки це дозволяє технологія».

Деякі з цих «рідкісних ізотопів» можуть призвести до реакцій, вирішальних для утворення елементів, тому, вивчаючи їх, фізики сподіваються краще зрозуміти хімічну історію Всесвіту, включаючи те, як ми сюди потрапили.

Вважається, що переважна більшість елементів виникла всередині наднових, але «у багатьох випадках ми не знаємо, які зірки створили які елементи, оскільки ці взаємодії включають нестабільні ізотопи – речі, які ми не можемо легко дістати», – сказав професор. Гевін Лотай, фізик-ядерник з Університету Суррея, який планує використовувати новий об’єкт для дослідження поширених вибухів, які називаються рентгенівськими спалахами всередині нейтронних зірок.

Інша мета — зрозуміти атомні ядра достатньо добре, щоб розробити їх всеосяжну модель, яка могла б дати нове уявлення про роль, яку вони відіграють у генерації енергії для зірок, або реакції, що відбуваються на атомних електростанціях.

Заклад також може виробляти медичні аналоги. Лікарі вже використовують радіоізотопи при оглядах домашніх тварин і деяких видах променевої терапії, але виявлення більшої кількості ізотопів може допомогти покращити діагностичну візуалізацію або надати нові способи пошуку та знищення пухлин.

Підпишіться на перше видання, наш безкоштовний щоденний інформаційний бюлетень – щодня вранці о 7 ранку за Гринвічем

Щоб створити ці ізотопи, FRIB прискорить промінь атомних ядер до половини швидкості світла і направить його вниз по 450-метровій трубі, перш ніж розбити його на мішень, яка розбиває деякі атоми на менші групи протонів і нейтронів. Потім серія магнітів відфільтрує потрібні ізотопи та направить їх до експериментальних кімнат для подальшого вивчення.

«Протягом мільйонної частки секунди ми можемо вибрати певний ізотоп і подати його на експеримент [scientists] «Ми можемо зловити його та спостерігати за його радіоактивним розпадом, або ми можемо використати його, щоб викликати іншу ядерну реакцію та використати ці продукти реакції, щоб розповісти нам щось про структуру ізотопу», — сказав Шерріл.

Перші експерименти включатимуть створення найважчих із можливих ізотопів фтору, алюмінію, магнію та неону та порівняння швидкості радіоактивного розпаду з прогнозованими поточними моделями. «Було б несподівано, якби наші спостереження відповідали тому, що ми очікували», – сказала Шеріл. «Вони, ймовірно, не погодяться, і тоді ми використаємо цю незгоду, щоб покращити наші моделі».

Приблизно через місяць дослідники FRIB планують виміряти радіоактивний розпад ізотопів, які, як вважають, існують у нейтронних зірках — деяких із найщільніших об’єктів у Всесвіті, які утворюються, коли у масивної зірки закінчилося паливо й колапс — щоб краще зрозуміти їхню поведінку.

«Нарешті, у нас є інструменти, які дозволять людям проводити дослідження, на які вони чекали 30 років», — сказала Шеріл. “Це як мати новий, більший телескоп, який може бачити у Всесвіті більше, ніж будь-коли раніше – тільки ми побачимо далі в ядерний ландшафт, ніж могли дивитися раніше. Коли у вас є новий такий інструмент, є потенціал за відкриття».

READ  Дослідження CDC показало, що мешканців будинків престарілих знову вразив гірший випадок Ковіда

You May Also Like

About the Author: Monica Higgins

"Професійний вирішувач проблем. Тонко чарівний любитель бекону. Геймер. Завзятий алкогольний ботанік. Музичний трейлер"

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься.