新しい米国の研究所は、地球に記録されていない原子のコピーを作成します| 素粒子物理学

炭素からウランまで、そして酸素から鉄まで、化学元素は私たちの周りの世界とより広い宇宙の構成要素です。 現在、物理学者は、地球上でこれまでに記録されたことのない何千もの奇妙で不安定なバージョンの原子を作成する新しい施設の開設により、前例のない起源を垣間見ることを望んでいます。

同位体として知られているこれらのバージョンを研究することにより、彼らは作成された相互作用への新しい洞察を得ることを望んでいます 超新星内の元素、および「強い力」についての理論をテストするだけでなく、原子の核内で陽子と中性子を結合する、自然界の4つの基本的な力の1つです。 この施設は、医療用の新しい類似体を製造することもできます。

原子は陽子、中性子、電子で構成されています。 陽子の数は、原子の化学的挙動とそれがどの元素であるかを決定します。たとえば、炭素には常に6つの陽子、金79がありますが、同じ元素で中性子の数が異なる原子は同位体と呼ばれます。

多くの同位体は不安定で、急速に（時にはミリ秒単位で）崩壊するため、科学者は存在すると考えられている同位体のごく一部しか研究していません。

ミシガン州立大学の希少同位体光線施設（FRIB）の科学責任者であるブラッドリーシェリル教授は、次のように述べています。 大学は5月2日に正式に開校しました。 「FRIBの目標は、テクノロジーが許す限り、他​​のピアからこの広大な景観へのアクセスを提供することです。」

これらの「まれな同位体」のいくつかは、元素の形成に重要な反応を引き起こす可能性があるため、物理学者はそれらを研究することで、宇宙の化学史をよりよく理解することを望んでいます。

元素の大部分は爆発する星の内部で形成されたと考えられていますが、「これらの相互作用には不安定な同位体が含まれているため、多くの場合、どの星がどの元素を生成したかはわかりません。簡単に入手できないものです」とGavin教授は述べています。核物理学者のLotay。新しい施設を使用して、中性子星内のX線バーストと呼ばれる一般的な爆発を調査することを計画しているサリー大学。

もう1つの目標は、原子核を十分に理解して、それらの包括的なモデルを開発することです。これにより、星のエネルギーの生成や原子力発電所内で発生する反応において原子核が果たす役割についての新しい洞察を得ることができます。

この施設は、医学的に有用な類似体を製造することもできます。 医師はすでにペットの検査や一部の種類の放射線治療で放射性同位元素を使用していますが、より多くの同位体を発見することで、画像診断を改善したり、腫瘍を見つけて破壊する新しい方法を提供したりできます。

これらの同位体を生成するために、FRIBは原子核のビームを光速の半分に加速し、450メートルの管に送り、その後、原子の一部を陽子と中性子の小さなグループに分解するターゲットに粉砕します。 次に、一連の磁石が目的の同位体をろ過して取り除き、さらに研究するためにそれらを実験室に送ります。

「100万分の1秒以内に、特定の同位体を選択して実験に提出することができます。 [scientists] 「私たちはそれを捕らえてその放射性崩壊を観察するかもしれないし、あるいはそれを使って別の核反応を誘発し、それらの反応生成物を使って同位体の構造について何かを教えてくれるかもしれない」とシェリルは言った。

最初の実験では、フッ素、アルミニウム、マグネシウム、ネオンの可能な限り重い同位体を作成し、放射性崩壊率を現在のモデルで予測されたものと比較します。 「私たちの観察が私たちが期待したものと一致していたら、それは驚きだろう」とシェリルは言った。 「彼らはおそらく同意しないでしょう、そしてそれから私達は私達のモデルを改善するためにその不一致を使用します。」

約1か月後、FRIBの研究者は、中性子星（巨大な星が燃料を使い果たして崩壊したときに形成される宇宙で最も密度の高い物体の一部）内に存在すると考えられる同位体の放射性崩壊を測定して、それらの挙動をよりよく理解することを計画しています。

「最後に、私たちは人々が30年待っていた研究を行えるようにするためのツールを持っている」とシェリル氏は語った。 「これは、これまで以上に宇宙を見ることができる新しい、より大きな望遠鏡を持っているようなものです。私たちだけが、以前よりも核の風景を深く見ることができます。そのような新しい機器を持っているときはいつでも、可能性があります。発見のために。」