Coborâți stelele de neutroni pe Pământ

Printul unui artist prezintă două globuri translucide, reprezentând nuclee de tablă, care se ciocnesc și se sparg într-o ploaie de fragmente colorate. Între aceste fragmente, care reprezintă protoni, neutroni și grupurile lor, se află un singur pion, prezentat ca o altă sferă translucidă cu două sfere mai mici, reprezentând quarcuri, în interior. Credit: Erin O’Donnell / Instalare pentru grinzi izotopice rare

O echipă internațională de cercetare condusă de Universitatea de Stat din Michigan a contribuit la crearea condițiilor cosmice la acceleratorul de ioni grei RIKEN din Japonia.

Imaginați-vă că luați toată apa din Lacul Michigan (peste un trilion de galoane) și o puneți într-o găleată de 4 galoane, pe care o veți găsi la un magazin de hardware.

O revizuire rapidă a numerelor sugerează că acest lucru ar trebui să fie imposibil – acest lucru este prea material și nu există suficient spațiu. Dar această densitate extravagantă este o caracteristică care definește obiectele cerești cunoscute sub numele de stele de neutroni. Aceste stele au doar 15 kilometri în diametru, dar sunt mai masive decât soarele nostru datorită fizicii extreme.

Condusă de cercetători de la Universitatea de Stat din Michigan, o colaborare internațională a imitat acum stea neutronicăcondițiile cosmice de pe Pământ pentru a explora mai bine această știință extremă. Echipa și-a împărtășit concluziile în revistă Scrisori de recenzie fizică pe 19 aprilie 2021.

Pentru experiment, echipa a selectat iazul pentru a ajuta la crearea unei supe nucleare dense, bogate în neutroni, ajutându-l să imite mai atent mediul stelelor cu neutroni. Echipa a accelerat un fascicul de nuclee de tablă la aproape două treimi din viteza luminii la Centrul japonez RIKEN Nishina for Accelerator-based Science. Cercetarea a fost finanțată de Biroul de Fizică Nucleară al Departamentului Energetic al SUA, Oficiul Științei (DOE-SC) și Departamentul Educație, Cultură, Sport, Știință și Tehnologie (Japonia) sau MEXT (Japonia).).

Betty Tsang

Betty Tsang, profesor de științe nucleare și cercetător la Laboratorul Național de Ciclotroni Superconductori MSU. Credit: MSU

Cercetătorii au trimis acest fascicul printr-o țintă subțire sau o folie de staniu pentru a sparge miezurile de staniu. Nucleii sunt distruși și, pentru o clipă, la o miime de trilioane de secunde, rămășițele există ca o regiune super-densă de blocuri nucleare numite protoni și neutroni. Deși acest mediu este efemer, el trăiește suficient de mult timp pentru a crea particule rare numite pioni (pronunțate „pie-ons”, „pinul” provine din litera greacă π).

Prin crearea și detectarea acestor pioni, echipa le permite oamenilor de știință să răspundă mai bine la întrebările persistente despre știința nucleară și stelele cu neutroni. De exemplu, această lucrare poate ajuta oamenii de știință să caracterizeze mai bine presiunea internă care împiedică stelele de neutroni să se prăbușească sub propria gravitație și să se transforme în găuri negre.

„Experimentul pe care l-am făcut nu poate fi făcut nicăieri altundeva, cu excepția stelelor neutronice”, a spus Betty Tsang, profesor de științe nucleare și cercetător la Laboratorul Național al Ciclotronilor Superconductori (NSCL) al MSU.

Din păcate, oamenii de știință nu se pot așeza în interiorul stelelor neutronice. În afară de sticlele de strivire a temperaturilor și forțelor gravitaționale, cea mai apropiată stea de neutroni este la aproximativ 400 de ani lumină distanță.

Există, totuși, un alt loc în univers în care oamenii de știință pot observa materia ambalată la o densitate atât de incredibilă. Acest lucru se întâmplă în laboratoarele de accelerare a particulelor, unde oamenii de știință pot sparge nucleele de atomi sau nuclee pentru a stoarce cantități mari de materie nucleară în volume foarte mici.

Desigur, nici acesta nu este un tort.

William Lynch

William Lynch, profesor de fizică nucleară la Departamentul de Fizică și Astronomie al MSU la Colegiul de Științe Naturale. Credit: MSU

„Experimentul este foarte dificil”, a spus Tsang. “De aceea, echipa este atât de încântată de asta.” Tsang și William Lynch, profesor de fizică nucleară la Departamentul de Fizică și Astronomie al MSU, conduc contingentul spartan de cercetători din echipa internațională.

Pentru a-și atinge obiectivele colective în acest studiu, institutele colaboratoare s-au jucat fiecare cu punctele forte.

„De aceea acumulăm colaboratori”, a spus Tsang. „Rezolvăm problemele extinzând grupul și invitând oameni care știu cu adevărat ce fac.”

MSU, care găzduiește cel mai proeminent program postuniversitar din SUA în fizică nucleară, a preluat conducerea construcției detectorului de amanet. Instrumentul, numit Camera de proiecție a timpului SπRIT, a fost construit cu colaboratori de la Texas A&M University și RIKEN.

Acceleratorul de particule RIKEN a furnizat puterea și nucleele rare de staniu bogate în neutroni necesari pentru a crea un mediu care să amintească de o stea de neutroni. Cercetătorii de la Universitatea Tehnică din Darmstadt, Germania, au contribuit la obiectivele de tablă care urmau să îndeplinească specificațiile exacte. Studenții, personalul și facultățile din alte instituții din Asia și Europa au ajutat la construirea experimentului și la analiza datelor.

Acest experiment al acceleratorului RIKEN a contribuit la conducerea acestei înțelegeri la noi culmi atât din punct de vedere al energiei, cât și al densității, dar există multe alte provocări.

Când Facilitatea pentru Razele Izotopice Rare, sau FRIB, este operațională în 2022, promite, de asemenea, să fie un centru de colaborare internațională în știința nucleară. Și instalația va fi echipată în mod unic pentru a continua explorarea modului în care se comportă sistemele nucleare la energii și densități extreme.

„Când FRIB se conectează, ne va oferi mai multe opțiuni de fascicul și ne va permite să facem măsurători mult mai precise”, a spus Tsang. „Și asta ne va permite să înțelegem mai bine interiorul stelelor de neutroni și să descoperim lucruri care sunt și mai interesante și uimitoare”.

Referință: „Probarea energiei de simetrie cu raportul spectral de pioni” de J. Estee și colab. (Colaborare SπRIT), 19 aprilie 2021, Scrisori de recenzie fizică.
DOI: 10.1103 / PhysRevLett.126.162701

Această lucrare a primit sprijinul DOE-SC cu granturile nr. DOE DESC0004835, DOE DESC0014530 și DOE-SC0021235.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Zirconii antici datează începutul tectonicii plăcilor în urmă cu 3,6 miliarde de ani – un eveniment critic pentru a face pământul ospitalier pentru viață

Zirconii examinați de echipa de cercetare, fotografiați cu catodoluminiscență, tehnică cu care echipa a putut vizualiza interiorul cristalelor cu un microscop electronic cu scanare...

Putem face opioidele mai puțin dependente? [Video]

În 2017, milioane de oameni din întreaga lume erau dependenți de opioide și 115.000 au murit din cauza unui supradozaj. Opioidele sunt cele mai puternice...

Măsurile neconvenționale împotriva pandemiei și apărării nucleare pot proteja omenirea de catastrofe catastrofale

Lansarea mânerului SM-3 Block IB de la un crucișător cu rachete ghidate USS Lake Erie (CG 70). Credit: Marina SUA În curând viața pe...

Situl de legare a anticorpilor conservat în variantele de virus COVID-19 – impact mare pentru vaccinurile viitoare

O echipă de cercetare Penn State a descoperit că proteinele N din barza-covi-2 sunt stocate în toate coronavirusurile epidemice legate de îngrășăminte (sus, stânga:...

Mișcări ale electronilor de ceas în interiorul unui atom: viteza obturatorului de o milionime dintr-o miliardime de secundă

Reprezentarea artistică a experimentului. Întârzierea inerentă între emisia celor două tipuri de electroni duce la o elipsă caracteristică în datele analizate. În...

Newsletter

Subscribe to stay updated.