in

Nuovo laboratorio statunitense per creare versioni di atomi mai registrati sulla Terra | fisica delle particelle

Dal carbonio all’uranio, dall’ossigeno al ferro, gli elementi chimici sono i mattoni del mondo che ci circonda e dell’universo più ampio. Ora, i fisici sperano di dare uno sguardo senza precedenti alle loro origini con l’apertura di una nuova struttura che creerà migliaia di versioni peculiari e instabili di atomi mai registrate prima sulla Terra.

Studiando queste versioni, note come isotopi, sperano di ottenere nuove informazioni sulle reazioni create dagli elementi nelle stelle che esplodono e testare teorie sulla “forza forte” – una delle quattro forze fondamentali in natura, che lega insieme protoni e neutroni in un nucleo atomico. La struttura potrebbe anche fornire nuovi isotopi per uso medico.

Gli atomi sono formati da protoni, neutroni ed elettroni. Il numero di protoni determina il comportamento chimico di un atomo e di quale elemento si tratta – ad esempio, il carbonio ha sempre sei protoni e l’oro ne ha 79 – mentre gli atomi dello stesso elemento contenenti un numero diverso di neutroni sono chiamati isotopi.

Poiché molti isotopi sono instabili e decadono rapidamente, a volte entro una frazione di secondo, gli scienziati hanno studiato solo un piccolo sottoinsieme di quelli sospettati.

“Ci sono 285 isotopi di elementi sulla Terra, ma riteniamo che ci siano potenzialmente 10.000 isotopi per gli elementi fino all’uranio”, ha affermato il Prof. Bradley Sherrill, direttore scientifico della Facility for Rare Isotope Beams (FRIB) del Michigan. Università che ha aperto ufficialmente il 2 maggio. “L’obiettivo di FRIB è quello di fornire il più ampio accesso possibile a questo vasto panorama di altri isotopi, come consentito dalla tecnologia”.

Alcuni di questi “isotopi rari” possono alimentare reazioni critiche per la formazione di elementi, quindi studiandoli, i fisici sperano di ottenere una migliore comprensione della storia chimica dell’universo, incluso come siamo arrivati ​​qui.

Si ritiene che la stragrande maggioranza degli elementi si sia formata in stelle esplosive, ma “in molti casi non sappiamo quali stelle abbiano prodotto quali elementi perché queste reazioni coinvolgono isotopi instabili, cose su cui non possiamo mettere le mani facilmente”. Il professor Gavin Lotay, fisico nucleare dell’Università del Surrey, che intende utilizzare la nuova struttura per studiare le frequenti esplosioni, note come lampi di raggi X, nelle stelle di neutroni.

Un altro obiettivo è comprendere i nuclei atomici abbastanza bene da sviluppare un loro modello completo che potrebbe fornire nuove informazioni sul loro ruolo nella produzione di energia per le stelle o sulle reazioni nelle centrali nucleari.

La struttura potrebbe anche fornire isotopi utili dal punto di vista medico. I medici stanno già utilizzando isotopi radioattivi in ​​cose come le scansioni degli animali domestici e alcuni tipi di radioterapia, ma la scoperta di più isotopi potrebbe aiutare a migliorare l’imaging diagnostico o aprire nuovi modi per trovare e distruggere i tumori.

Per creare questi isotopi, FRIB accelererà un raggio di nuclei atomici alla metà della velocità della luce e li scaglierà attraverso un tubo lungo 450 metri prima di colpire un bersaglio che causerà la frammentazione di alcuni atomi in combinazioni più piccole di protoni e neutroni . Una serie di magneti filtra quindi gli isotopi desiderati e li indirizza verso camere sperimentali per ulteriori studi.

“Entro un milionesimo di secondo, possiamo selezionare un isotopo specifico e consegnarlo a un esperimento, dove [scientists] “Possiamo catturarlo e osservare il suo decadimento radioattivo, oppure possiamo usarlo per avviare un’altra reazione nucleare e utilizzare quei prodotti di reazione per dirci qualcosa sulla struttura dell’isotopo”, ha detto Sherrill.

I primi esperimenti riguardano la preparazione degli isotopi più pesanti possibili di fluoro, alluminio, magnesio e neon e il confronto dei loro tassi di decadimento radioattivo con quelli previsti dai modelli esistenti. “La sorpresa sarà quando le nostre osservazioni corrisponderanno alle nostre aspettative”, ha detto Sherrill. “Molto probabilmente, non saranno d’accordo, e quindi useremo quel disaccordo per perfezionare i nostri modelli”.

Circa un mese dopo, i ricercatori del FRIB intendono misurare il decadimento radioattivo degli isotopi che si pensa esistano nelle stelle di neutroni, alcuni degli oggetti più densi dell’universo che si formano quando una stella massiccia esaurisce il carburante e collassa, per comprendere meglio il loro comportamento.

“Finalmente abbiamo gli strumenti che consentiranno alle persone di fare ricerche che stavano aspettando da 30 anni”, ha affermato Sherrill. “È come avere un nuovo telescopio più grande che può vedere più lontano nell’universo che mai, solo che vedremo più lontano nel panorama nucleare di quanto non siamo mai stati in grado di vedere prima”. Ogni volta che hai un nuovo strumento come questo, c’è il potenziale per la scoperta”.

Blood Moon: come individuare una drammatica eclissi solare nel Regno Unito | La luna

Il rover su Marte della NASA ha davvero trovato una porta sul pianeta rosso?