科学家重现宇宙反应,揭开恒星爆炸的天文奥秘

超新星爆炸星云

实验将使科学家们更仔细地观察爆炸的恒星是如何产生世界上最重的元素的。

化学元素,我们宇宙的组成部分,是如何形成的?这个问题在一个世纪的大部分时间里一直是核物理学的核心。

一开始20th上个世纪,科学家们发现元素有一个中心核。这些原子核由不同数量的质子和中子组成。

现在,密歇根州立大学稀有同位素束设施的科学家们(弗里布)我们已经制造并测试了一种能够对重元素或含有大量质子和中子的元素进行关键性洞察的装置。本·凯,美国能源部的物理学家(雌鹿)阿贡国家实验室领导了这项工作。弗里布是一个雌鹿科学用户设施办公室。

“爆炸的恒星,巨大坍塌恒星的合并,我们现在正在了解这些事件核心的核反应的细节。有了SOLARIS,我们能够在地球上重现这些反应,亲眼目睹它们。”-本凯,物理系

Kay和他的团队已经完成了他们的第一个实验,使用的是一种叫做SOLARIS,代表用于反应研究的螺线管分光计装置。计划中的实验将揭示产生从铁到铀等世界上最重元素的核反应信息。

此外,还计划进行奇异同位素实验。同位素是指质子数相同但中子数不同的元素。科学家将某些同位素称为外来同位素,因为它们的质子与中子的比率不同于地球上自然存在的典型稳定或长寿命同位素。其中一些不稳定同位素在天文事件中起着至关重要的作用。

SOLARIS

SOLARIS的内部视图以及后部的加速器和探测器。来源:阿贡国家实验室

爆炸的恒星,巨大坍塌恒星的合并,我们现在正在了解这些事件核心的核反应细节,”凯说。具有SOLARIS,我们能够在地球上重现这些反应,亲眼目睹。”

新设备仿效了太阳神,螺旋轨道光谱仪,位于阿贡。两者都使用了磁共振成像中类似的重新用途的超导磁体(磁共振成像)医院里的那种机器。在这两种情况下,一束粒子射向真空室内的目标材料。当粒子与目标碰撞时,会发生转移反应。在这种反应中,中子或质子要么从原子核中移除,要么从原子核中添加,这取决于碰撞中使用的粒子及其能量。

通过记录从碰撞中释放或偏转的各种粒子的能量和角度,我们能够收集有关这些同位素中原子核结构的信息,”Kay说。创新SOLARIS设计提供了必要的分辨率,以增强我们对这些奇异核的理解。”

什么使SOLARIS真正独特的是它可以作为一个双模光谱仪,这意味着它可以用高强度或极低强度的光束进行测量。SOLARIS可以在这两种模式下运行,”Kay解释道。一种是在真空中使用传统的硅探测器阵列。另一种使用密歇根州有源靶时间投影室的新型充气靶,由SOLARIS团队成员和弗里布资深物理学家丹尼尔·巴赞。第一个实验测试了AT-TPC“那AT-TPC使科学家能够使用较弱的光束,并且仍然以所需的高分辨率收集结果精确.

这个AT-TPC基本上是一个充满气体的大腔室,该气体既是光束的目标又是探测器介质。这与传统的真空腔室不同,传统的真空腔室使用硅探测器阵列和单独的薄固体目标。

通过向腔室中填充气体,你可以确保低强度光束中较少、较大的粒子与目标材料接触,”Kay说。这样,科学家们就可以研究这些碰撞的产物。

该团队的第一个实验是由加州大学的研究助理克莱门汀·桑塔马里亚领导的弗里布,检查了氧的衰变-16(地球上最常见的氧同位素)转化为更小的α粒子,尤其是氧中的八个质子和八个中子-16原子核分裂成总共四个α粒子,每个粒子由两个质子和两个中子组成。

通过测定氧气-16像这样的衰变,可以和“霍伊尔态,'一种碳同位素的激发态,我们认为它在恒星碳的生成中起着关键作用,”凯解释道。

Kay和他的团队在这个实验中记录了200多万个反应事件,并观察到了几个氧衰变的实例-16变成α粒子。

网络的双重功能SOLARIS将允许比以前更广泛的核反应实验,并使科学家们对宇宙中一些最大的奥秘有了新的见解。

弗里布是美国核物理办公室的用户设施雌鹿科学办公室。

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