Nuevo laboratorio de EE. UU. para crear versiones de átomos nunca registrados en la Tierra Partículas fisicas

Del carbono al uranio, del oxígeno al hierro, los elementos químicos son los componentes básicos del mundo que nos rodea, del universo más amplio. Ahora, los físicos esperan obtener una imagen sin precedentes de sus orígenes con el lanzamiento de una nueva planta que creará miles de versiones extrañas y volátiles de átomos que nunca antes se habían visto en la Tierra.

Al estudiar estas variantes, conocidas como isótopos, esperan obtener nuevos conocimientos sobre las reacciones que han creado. elementos dentro de estrellas explosivascomo prueba de las teorías de la «fuerza fuerte», una de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza que unen protones y neutrones en el núcleo de un átomo. La instalación también puede producir nuevos isótopos para uso médico.

Los átomos están formados por protones, neutrones y electrones. El número de protones dicta el comportamiento químico de un átomo; un elemento como el carbono siempre tiene seis protones y el oro 79, mientras que los átomos de un mismo elemento que contienen diferente número de neutrones se denominan isótopos.

Debido a que muchos isótopos son inestables y se descomponen rápidamente, a veces en fracciones de segundo, los científicos han estudiado solo una pequeña fracción de los que existen.

«Hay 285 isótopos de elementos en la Tierra, pero estimamos que hay potencialmente 10.000 isótopos de elementos en el uranio», dijo el profesor Bradley Cheryl, director de Rare Isotope Ray (FRIB) en Michigan. La universidad, que abrió oficialmente el 2 de mayo. «FRIB tiene como objetivo garantizar que este vasto paisaje de otros isótopos sea tan accesible como lo permita la tecnología».

Algunos de estos «isótopos raros» pueden causar reacciones potenciales a la formación de elementos, por lo que al estudiarlos, los físicos esperan obtener una mejor comprensión de la historia química del universo, incluido cómo llegamos aquí.

Se cree que la gran mayoría de los elementos se formaron dentro de estrellas en explosión, pero «en muchos casos no sabemos qué estrellas los formaron porque estas reacciones involucran isótopos inestables, cosas que no podríamos alcanzar fácilmente». Dice el profesor J. Lotay, físico nuclear de la Universidad de Surrey, que planea usar la nueva instalación para estudiar explosiones comunes llamadas estallidos de rayos X dentro de las estrellas de neutrones.

Otro objetivo es comprender los núcleos atómicos lo suficientemente bien como para desarrollar un modelo integral que pueda proporcionar nuevos conocimientos sobre el papel de las estrellas en la generación de energía o las reacciones que ocurren en las plantas de energía nuclear.

La instalación también puede recibir isótopos médicamente útiles. Los médicos ya están utilizando isótopos radiactivos, como la exploración de animales y algunos tipos de radioterapia, pero el descubrimiento de suplementos podría ayudar a mejorar el diagnóstico o proporcionar nuevas formas de buscar y destruir tumores.

Para crear estos isótopos, FRIB acelerará la radiación de los núcleos atómicos a la mitad de la velocidad de la luz, enviándolos a derribar un tubo de 450 metros antes de golpearlos en el objetivo, provocando que algunos átomos se dividan en pequeñas combinaciones de protones. neutrones. Luego, varios imanes filtrarán los isótopos deseados y los dirigirán a cámaras experimentales para su posterior estudio.

«En una millonésima de segundo podemos elegir un cierto isótopo para pasarlo a un experimento donde [scientists] «Podemos atraparlo, revertir su desintegración radiactiva, o podemos usarlo para desencadenar otra reacción nuclear, usar los productos de esa reacción para decirnos algo sobre la estructura del isótopo», dijo Cheryl.

Los primeros experimentos implicarán fabricar los isótopos más pesados ​​posibles de flúor, aluminio y magnesio, y comparar sus tasas de desintegración radiactiva con las predichas por los modelos existentes. «Sería una sorpresa si nuestras observaciones coincidieran con lo que esperábamos», dijo Cheryl. «Lo más probable es que no estén de acuerdo, entonces usaremos ese desacuerdo para mejorar nuestros modelos».

Aproximadamente un mes después, los investigadores del FRIB planean medir la desintegración radiactiva de los isótopos, que se consideran estrellas de neutrones, uno de los objetos más densos del universo, formado cuando se agota el combustible de la estrella masiva para comprender mejor su comportamiento.

«Finalmente tenemos las herramientas que permiten a las personas realizar la investigación que han estado esperando durante 30 años», dijo Cheryl. «Es como un telescopio nuevo y más grande que puede ver el espacio más lejos que nunca. Solo que veremos más en el panorama nuclear de lo que hemos visto antes. «Cada vez que tienes una herramienta nueva, existe la posibilidad de que la descubras».