Los científicos están recreando reacciones cósmicas para desentrañar misterios astronómicos

¿Cómo se fabrican los elementos químicos, los componentes básicos de nuestro universo? Esta pregunta ha estado en el centro de la física nuclear durante más de un siglo.

A principios del siglo XX, los científicos descubrieron que los elementos tienen un núcleo o núcleo central. Estos núcleos están formados por diferentes números de protones y neutrones.

Ahora, los científicos del Instituto de Radiación de Isótopos Raros (FRIB) de la Universidad Estatal de Michigan han construido y probado un dispositivo que proporcionará información clave. artículos pesados, o elementos con protones և neutrones muy grandes. Estos esfuerzos fueron dirigidos por Ben Kay, físico del Laboratorio Nacional de Argón del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE). FRIB es una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE.

Kay և y su equipo completaron su primer experimento usando el dispositivo SOLARIS, el Aparato de Espectrómetro Solenoide para Estudios de Reacción. Los experimentos planificados revelarán información sobre las reacciones nucleares que componen los elementos más pesados ​​de nuestro mundo, desde el hierro hasta el uranio.

También se planean experimentos exóticos. isótopos. Los isótopos son elementos que comparten la misma cantidad de protones pero tienen diferente cantidad de neutrones. Los científicos llaman exóticos a algunos isótopos porque la proporción de protones a neutrones difiere de los isótopos habitualmente estables o de larga duración que se encuentran naturalmente en la Tierra. Algunos de estos isótopos inestables juegan un papel importante en los eventos astronómicos.

«Estrellas explosivas, una fusión de estrellas gigantes que colapsan, ahora conocemos los detalles. reacciones nucleares «En el corazón de estos eventos», dijo Kay. «A través de SOLARIS, podemos recrear esas respuestas aquí en la Tierra para ver por nosotros mismos».

El nuevo dispositivo sigue los pasos de HELIOS, el espectrómetro de órbita helicoidal en argón. Ambos usan imanes sobresaturados, similares a la máquina de imágenes por resonancia magnética (MRI) que se encuentra en los hospitales. En ambos, el haz de partículas se dispara al material objetivo dentro de la cámara de vacío. Cuando las partículas chocan con un objetivo, se producen reacciones de transferencia. En tales reacciones, los neutrones o protones se eliminan o se agregan a los núcleos dependiendo de las partículas y su energía utilizada en la colisión.

«Al registrar los ángulos de energía de las diferentes partículas liberadas o desviadas de las colisiones, podemos recopilar información sobre la estructura de los núcleos en estos isótopos», dice Kay. «El diseño innovador de SOLARIS proporciona la solución necesaria para mejorar nuestra comprensión de estos núcleos exóticos».

Lo que hace que SOLARIS sea verdaderamente único es que puede actuar como un espectrómetro de dos vías, lo que significa que puede tomar medidas con rayos de alta o muy baja intensidad. «SOLARIS puede funcionar en ambos modos», explicó Kay. «Se utiliza la masa de los detectores de silicio tradicionales en el vacío. El otro utiliza un nuevo objetivo lleno de gas de la Cámara de Diseño de Tiempo de Objetivo Activo del Estado de Michigan, dirigido por el físico senior Daniel Bazin, miembro del equipo SOLARIS, RI FRIB. Este primer intento fue probado por AT-TPC «. AT-TPC permite a los científicos utilizar rayos más débiles para obtener resultados con la alta precisión requerida.

El AT-TPC es esencialmente una gran cámara llena de gas que sirve como objetivo tanto para el haz como para el medio detector. Esto es diferente de lo tradicional cámara de vacío que utiliza un conjunto de detectores de silicio և objetivo sólido, delgado y separado.

Al llenar la cámara con gas, se asegura de que menos partículas más grandes entren en contacto con el haz de baja intensidad. Material de destino:«Dijo Kay. De esa manera, los científicos pueden estudiar los productos de esas colisiones.

El primer experimento del equipo, dirigido por la científica de FRIB Clementine Santamaria, analizó la descomposición del oxígeno-16 (el isótopo de oxígeno más común en nuestro planeta) en partículas alfa mucho más pequeñas. En particular, los ocho protones y ocho neutrones en los núcleos de oxígeno-16 se dividen en un total de cuatro partículas alfa, cada una de las cuales consta de dos protones y dos neutrones.

«Determinar cómo se descompone el oxígeno-16 se puede comparar con el ‘estado Hoyle’, el estado excitado del isótopo de carbono, que creemos que juega un papel clave en la producción de carbono en las estrellas», explicó Kay.

Kay y su equipo registraron más de dos millones de reacciones durante este experimento, observando varios casos de desintegración de partículas alfa de oxígeno-16.

La doble funcionalidad de SOLARIS permitirá una gama más amplia de experimentos de reacción nuclear que nunca, brindando a los científicos nuevos conocimientos sobre algunos de los mayores misterios del universo.