Нова америчка лабораторија ствара копије атома који нису забележени на Земљи | Физика честица

Од угљеника до уранијума, и од кисеоника до гвожђа, хемијски елементи су градивни блокови света око нас и ширег универзума. Сада се физичари надају да ће добити увид без преседана у њихово порекло, отварањем новог објекта који ће створити хиљаде чудних и нестабилних верзија атома које никада раније нису забележене на Земљи.

Проучавајући ове верзије, познате као изотопи, надају се да ће стећи нове увиде у интеракције које су створиле Елементи унутар супернове, као и тестирање теорија о „јакој сили“ – једној од четири фундаменталне силе у природи, које заједно везују протоне и неутроне у језгру атома. У установи се могу производити и нови аналоги за медицинску употребу.

Атоми се састоје од протона, неутрона и електрона. Број протона одређује хемијско понашање атома и који је елемент – нпр. угљеник увек има шест протона, злато 79 – док се атоми истог елемента са различитим бројем неутрона називају изотопи.

Пошто су многи изотопи нестабилни и брзо се распадају – понекад за милисекунде – научници су проучавали само мали проценат оних изотопа за које се сматра да постоје.

„На Земљи се налази 285 изотопа елемената, али мислимо да вероватно постоји 10.000 изотопа елемената чак и уранијума“, рекао је професор Бредли Шерил, научни директор Установе за ретке изотопе (ФРИБ) у држави Мичиген. Универзитет је званично отворен 2. маја. „Циљ ФРИБ-а је да обезбеди што већи приступ овом огромном пејзажу од других колега колико технологија дозвољава.

Неки од ових „ретких изотопа“ могу довести до реакција кључних за формирање елемената, тако да се физичари надају да ће проучавањем њих стећи боље разумевање хемијске историје универзума – укључујући и како смо дошли овде.

Сматра се да је велика већина елемената настала унутар супернова, али „у многим случајевима не знамо које су звезде створиле које елементе, јер ове интеракције укључују нестабилне изотопе – ствари до којих не можемо лако доћи“, рекао је проф. Гавин Лотаи, нуклеарни физичар, Универзитет у Сарију, који планира да користи ново постројење за истраживање уобичајених експлозија које се називају рендгенски удари унутар неутронских звезда.

Други циљ је да се довољно добро разумеју атомска језгра да се развије њихов свеобухватан модел, који би могао да пружи нови увид у улогу коју они играју у стварању енергије за звезде, или реакцијама које се дешавају у нуклеарним електранама.

Објекат такође може производити медицински корисне аналоге. Лекари већ користе радиоизотопе у прегледима кућних љубимаца и неким врстама радиотерапије, али откривање више изотопа могло би да помогне у побољшању дијагностичког снимања или да обезбеди нове начине за проналажење и уништавање тумора.

Да би створио ове изотопе, ФРИБ ће убрзати сноп атомских језгара до половине брзине светлости и послати га низ цев од 450 метара, пре него што га разбије у мету која разбија неке од атома на мање групе протона и неутрона. Серија магнета ће затим филтрирати жељене изотопе и усмерити их у експерименталне собе ради даљег проучавања.

„Унутар милионитог дела секунде можемо да изаберемо одређени изотоп и да га предамо експерименту где [scientists] „Можемо да га ухватимо и посматрамо његов радиоактивни распад, или га можемо користити да изазовемо другу нуклеарну реакцију и употребимо те продукте реакције да нам кажу нешто о структури изотопа“, рекао је Шерил.

Први експерименти ће укључивати прављење најтежих могућих изотопа флуора, алуминијума, магнезијума и неона, и упоређивање стопа радиоактивног распада са онима које предвиђају тренутни модели. „Било би изненађење да су наша запажања у складу са оним што смо очекивали“, рекла је Шерил. „Они се вероватно неће сложити, а онда ћемо то неслагање искористити да побољшамо наше моделе.

Отприлике месец дана касније, истраживачи ФРИБ-а планирају да измере радиоактивни распад изотопа за које се верује да постоје унутар неутронских звезда – неких од најгушћих објеката у универзуму, који настају када је масивна звезда остала без горива и колабирала – како би боље разумели њихово понашање.

„Коначно, имамо алате да омогућимо људима да ураде истраживање на које су чекали 30 година“, рекла је Шерил. „То је као да имате нови, већи телескоп који може да види у свемир више него икада раније – само што ћемо видети даље у нуклеарни пејзаж него што смо могли да гледамо раније. Кад год имате такав нови инструмент, постоји потенцијал за откриће“.