Весом о происхождении тяжелых элементов

Давнюю тайну в области ядерной физики, почему Вселенная состоит из конкретных материалов, которые мы видим вокруг нас. Другими словами, почему из «этой» вещи, а не другие вещи?

В частности, интерес представляют физические процессы, ответственные для производить тяжелые элементы, вроде золота, платины и Урана, которые, как полагают, произошло во время слиянием нейтронных звезд и взрывоопасных звездных событиях.

Ученые из Департамента энергетики США (МЭ США) Аргоннской национальной лаборатории во главе международной ядерной физики эксперименте, проведенном в ЦЕРНе, Европейской организации ядерных исследований, которая использует новые технологии разработаны в Аргоннской для исследования природы и происхождения тяжелых элементов во Вселенной. Исследование может дать критический взгляд на процессы, которые работают вместе, чтобы создать экзотические ядра, и он будет информировать моделей звездных событий и ранней Вселенной.

Ядерной физики в сотрудничестве первыми соблюдать нейтронных оболочек структуры ядра с числом протонов, чем свинец, и более 126 нейтронов — «магические числа» в области ядерной физики.

В эти волшебные цифры, из которых 8, 20, 28, 50 и 126 канонические ценности, ядра имеют повышенную устойчивость, как и благородные газы делать с закрытыми электронными оболочками. Ядер с нейтронами выше магическое число 126 малоисследованными, потому что они трудны для того чтобы произвести. Знание их поведение имеет решающее значение для понимания быстрого нейтронного захвата процесс, или r-процесса, что вызывает множество тяжелых элементов во Вселенной.

В r-процесс происходит в экстремальных звездных условиях, таких как нейтронные звезды, слияния или сверхновых. Этих богатых средах нейтронов ядрами, где может быстро расти, захватывая нейтроны, чтобы производить новые и более тяжелые элементы, прежде чем они имеют шанс распада.

Этот опыт был направлен на ртути изотоп 207Hg. Изучение 207Hg может пролить свет на свойства ее близкие соседи, атомы, непосредственно участвующих в ключевых аспектах r-процесса.

«Один из самых главных вопросов нынешнего столетия, как элементы сформировались в начале Вселенной», — сказал физик Аргоннской Бен Кей, ведущий ученый по исследованию. «Трудно исследовать, потому что мы не можем просто пойти накопать сверхновой из земли, поэтому мы должны создать такие экстремальные среды и изучения реакций, которые происходят в них.»

Для изучения структуры 207Hg, исследователи сначала использовали ГИЭ-Isolde в ЦЕРНе в Женеве, Швейцария. Высокоэнергетический пучок протонов был обстрелян расплавленной свинцовой мишени, в результате столкновений производить сотни экзотических и радиоактивных изотопов.

Затем они отделились ядер 206Hg от других фрагментов и использовал ЦЕРНа ГИЭ-Изольда ускорителя для создания пучка ядер при высокой энергии, когда-либо достигнутые на ускорительной установке. Затем они сосредоточили пучка на мишени дейтерия внутри нового соленоидный спектрометр Изольда (МКС).

«Нет другого объекта может сделать Пучков ртуть из этой массы и ускорить их в эти энергии,» сказал Кей. «Это, в сочетании с выдающейся разрешающей способности МКС, позволили нам наблюдать в спектре возбужденных состояний в 207Hg впервые».

МКС является недавно развитым магнитным спектрометром, что физики-ядерщики использовали для обнаружения экземпляров ядер 206Hg захватив нейтрон и становится 207Hg. Соленоидального Магнита спектрометра является переработанной 4-Тесла МРТ сверхпроводящего магнита из больницы в Австралии. Она была перенесена в ЦЕРН и установлен на Изольдой, благодаря УК-Сид сотрудничества между Университета Ливерпуля, Университета Манчестера, лаборатории Дарсбери и коллаборационистов из Левенский католический университет в Бельгии.

Дейтерий, редким тяжелым изотопом водорода, состоящий из протона и нейтрона. Когда 206Hg захватывает нейтрон с дейтериевой мишенью, Протон отшатывается. Протоны испускаются в ходе этих реакций отправляетесь в детектор на МКС, и их энергии и положения доходность ключевую информацию о структуре ядра и как это связано вместе. Эти свойства оказывают существенное влияние на r-процесса, и результаты могут сообщить важные расчеты в модели ядерной астрофизики.

МКС использует новаторские концепции, предложенной Аргоннской уважаемые коллеги Джон Шиффер, которая была построена спиральная орбитального спектрометра в лаборатории, Гелиос — инструмент, который вдохновил развитие спектрометр МКС. Гелиос позволило изучение ядерных свойств, которые раньше были невозможны, чтобы учиться, но благодаря Гелиосу, были проведены в Аргонне с 2008 года. Предприятие Изольда ЦЕРНа может произвести Пучков ядер, которые дополняют те, которые могут быть сделаны в Аргонне.

За прошедшие века физики-ядерщики смогли собрать информацию о ядрах исследования столкновений, где свет ионных пучков ударили тяжелые цели. Однако, когда тяжелые балки нажмите легких мишенях, физика столкновений становится искаженным и более сложны для разбора. Концепция Аргонна Гелиос решение для снятия этого искажения.

«Когда у вас есть ядро пучка наезд хрупкой цели, изменение кинематики, и полученные спектры были сжаты», — сказал Кей. «Но Джон Шиффер понял, что, когда столкновение происходит внутри Магнита, испускаемого протонами в путешествии по спирали в направлении детектора, и математический «трюк», это происходит кинематическое сжатия, в результате чего в несжатом спектра, который раскрывает глубинные ядерные структуры.»

Первые анализы данных из ЦЕРН эксперимента подтверждают теоретические предсказания современных ядерных моделей, и команда планирует изучить другие ядра, в регионе 207Hg используя эти новые возможности, давая более глубокое понимание неизвестных областях ядерной физики и r-процесс.

В дополнение к проведению эксперимента в ЦЕРН, Аргоннской ученые сообщили о проектировании МКС, оснащение спектрометра с их Гелиоса датчики и электронные приборы сбора данных.

Кей также участвует в разработке другого соленоидный спектрометр в ДОУ спонсировал фонд редких изотопов балки (FRIB) в Мичиганском государственном университете, под названием Солярис, внести свои знания в области ядерной физики в другой межинституционального сотрудничества.

Результаты этого исследования были опубликованы в статье под названием «первое исследование структуры нейтронного снаряда ниже свинца и вне N = 126» 13 февраля в физическая. Исследование было спонсировано ДОУ отделение ядерной физики, науки Великобритании и технологии Зал Совета и Европейского исследовательского совета.

сделать разницу: спонсорские возможности