معمل أمريكي جديد لتطوير نسخ من الذرات غير المسجلة على الأرض | فيزياء الجسيمات

من الكربون إلى اليورانيوم ، ومن الأكسجين إلى الحديد ، فإن العناصر الكيميائية هي اللبنات الأساسية للعالم من حولنا والكون الواسع. يأمل الفيزيائيون الآن في الحصول على رؤية غير مسبوقة لأصولهم ، ويفتحون منشأة جديدة ستخلق نسخًا غريبة وغير مستقرة من آلاف الذرات التي لم يتم تسجيلها على الأرض مطلقًا.

من خلال قراءة هذه الإصدارات ، المسماة بالنظائر ، يأملون في اكتساب رؤى جديدة حول التفاعلات التي قاموا بإنشائها. العناصر داخل النجوم المتفجرة، بالإضافة إلى النظريات التجريبية لـ “القوة القوية” – إحدى القوى الأساسية الأربعة في الطبيعة التي تربط البروتونات والنيوترونات معًا في نواة الذرة. يمكن أن توفر هذه الميزة أيضًا نظائر جديدة للاستخدام الطبي.

تتكون الذرات من البروتونات والنيوترونات والإلكترونات. يعتمد عدد البروتونات على السلوك الكيميائي للذرة والعنصر – على سبيل المثال يحتوي الكربون دائمًا على ستة بروتونات ، والذهب 79 – تسمى الذرات من نفس العنصر بأعداد مختلفة من النيوترونات النظائر.

نظرًا لأن العديد من النظائر غير مستقرة وتتحلل بسرعة – أحيانًا في أجزاء من الثانية – لم يدرس العلماء سوى جزء صغير مما يُعتقد أنه موجود.

قال البروفيسور برادلي شيريل ، مدير العلوم لحزم النظائر النادرة (FRIB) في ولاية ميتشيغان: “يوجد 285 نظيرًا على الأرض ، لكننا نعتقد أنه قد يكون هناك 10000 نظير لعناصر تصل إلى اليورانيوم”. افتتحت الجامعة رسميًا في 2 مايو. “هدف FRIB هو توفير الوصول إلى الامتداد الشاسع من النظائر الأخرى كما تسمح التكنولوجيا.”

قد تسبب بعض هذه “النظائر النادرة” تفاعلات مهمة لتكوين العناصر ، لذلك من المأمول أن يكون لدى الفيزيائيين من خلال دراستها فهم أفضل للتاريخ الكيميائي للكون – بما في ذلك كيف وصلنا إلى هنا.

يُعتقد أن معظم العناصر تكونت داخل النجوم المتفجرة ، ولكن في كثير من الحالات لا نعرف العناصر التي تشكلت أي النجوم ، لأن هذه التفاعلات تتضمن نظائر غير مستقرة – أشياء لا تتوفر على الفور في أيدينا “تخطط لاستخدام المنشأة الجديدة للدراسة الثورات البركانية الشائعة داخل النجوم النيوترونية المعروفة باسم ثورات الأشعة السينية قال كيفين لود ، أستاذ الفيزياء النووية في جامعة ساري.

الهدف الآخر هو فهم الذرات بشكل أفضل وتطوير نموذج مفصل لدورها في توليد الطاقة للنجوم أو تقديم رؤى جديدة حول التفاعلات التي تحدث داخل محطات الطاقة النووية.

يمكن أن توفر هذه الميزة أيضًا نظائر مفيدة سريريًا. بالفعل ، يقوم الأطباء باختبار النظائر المشعة ، على سبيل المثال تُستخدم في فحوصات الحيوانات الأليفة وبعض أنواع العلاج الإشعاعي ، ولكن النتائج الإضافية قد تساعد في تحسين التصوير التشخيصي أو توفر طرقًا جديدة للبحث عن الأورام وتدميرها.

لإنشاء هذه النظائر ، يقوم FRIB بتسريع شعاع الجزيئات إلى نصف سرعة الضوء ، وإسقاط أنبوب طوله 450 مترًا وتفكك بعض الذرات إلى مجموعات صغيرة من البروتونات قبل ضربها على الهدف. نيوترونات. ثم تقوم سلسلة المغناطيس بتصفية النظائر المرغوبة وإرسالها إلى غرف الاختبار لتحليلها.

“في غضون جزء من المليون من الثانية ، يمكننا تحديد نظير معين وإخضاعه للتجربة [scientists] قال شيريل: “يمكنك التقاطه ومراقبة تحلله الإشعاعي ، أو يمكن أن يؤدي إلى تفاعل نووي آخر وإخبارنا عن بنية النظير باستخدام منتجات التفاعل هذه”.

تضمنت التجارب الأولى تكوين نظائر ثقيلة من الفلور والألمنيوم والمغنيسيوم والنيون ومقارنة معدلات تحلل نشاطها الإشعاعي مع تلك التي تنبأت بها النماذج الحالية. قالت شيريل: “سيكون من المدهش أن تتفق ملاحظاتنا مع ما كنا نتوقعه”. “على الأرجح لن يوافقوا وبعد ذلك سنستخدم هذا الخلاف لتحسين نماذجنا.”

بعد حوالي شهر ، يخطط باحثو FRIB لقياس الانحلال الإشعاعي للنظائر التي يُعتقد أنها موجودة داخل النجوم النيوترونية – وهي من أكثر المواد كثافة في الكون ، والتي تشكلت عندما نفد وقود نجم كبير – لفهم سلوكها بشكل أفضل.

قالت شيريل: “أخيرًا ، لدينا الأدوات لمساعدة الأشخاص في إجراء الأبحاث التي كانوا ينتظرونها لمدة 30 عامًا”. “يشبه الأمر امتلاك تلسكوب جديد أكبر يمكنه رؤية المزيد في الكون أكثر من أي وقت مضى – يمكننا فقط رؤية المزيد مما يمكننا رؤيته في المشهد النووي أكثر من أي وقت مضى. كلما كان لديك أداة جديدة من هذا القبيل ، هناك إمكانية الاختراع.