46 cryo-modules FRIB qui refroidissent les ions pendant qu’ils accélèrent à des vitesses vertigineuses. (Crédit image : Installation de faisceaux d’isotopes rares)

Les chercheurs ont annoncé le 2 mai que l’accélérateur d’ions lourds le plus puissant au monde, qui créera de nouveaux atomes exotiques et montrera comment les étoiles et les supernovae créent les éléments qui composent notre univers, est enfin terminé.

Les expériences devraient commencer cette semaine au Rare Isotope Beam Facility (FRIB) de 730 millions de dollars de la Michigan State University (MSU). Une fois lancé, le nouveau réacteur tirera deux noyaux atomiques lourds l’un contre l’autre, les séparant afin que les scientifiques puissent étudier ce qui les maintient ensemble et en quoi les isotopes atomiques rares – des versions d’éléments chimiques avec différents nombres de neutrons dans leurs noyaux – diffèrent. structuré.

Bien que les anciens accélérateurs d’ions lourds (tels que le National Superconducting Cyclotron Laboratory, l’ancien accélérateur MSU) aient permis aux scientifiques d’entrevoir des atomes exotiques, ils ne les ont pas produits à un rythme suffisamment rapide pour rendre possible une recherche détaillée. Le nouvel accélérateur FRIB donnera aux chercheurs accès à plus de 1 000 nouveaux isotopes, leur donnant de nouvelles informations sur les nouveaux traitements contre le cancer, la datation radiométrique des matériaux anciens et la sécurité nucléaire, selon les scientifiques de MSU.

Sur le sujet : « particule X » découverte à l’intérieur du Grand collisionneur de hadrons depuis des temps immémoriaux

« FRIB sera un élément clé de l’infrastructure de recherche de notre pays », a déclaré le directeur du laboratoire FRIB, Thomas Glasmacher, lors de la cérémonie d’inauguration, selon le Lansing State Journal. « Plus de 1600 scientifiques veulent venir ici parce que nous serons le meilleur et le plus puissant linac à ions lourds supraconducteurs. »

Les physiciens sont enthousiasmés par le FRIB car il peut donner une image beaucoup plus claire du paysage des isotopes atomiques possibles. Les physiciens ont maintenant une bonne idée de ce qui maintient les noyaux ensemble – l’une des quatre forces fondamentales appelée la force forte – et ont créé un grand nombre de modèles pour prédire à quoi pourraient ressembler certains noyaux atomiques non observables. Mais les noyaux sont complexes et peuvent s’agglutiner de manière surprenante, ce qui rend les modèles trop simplistes. Certains des noyaux prédits par les modèles, par exemple, peuvent ne pas être assez forts pour exister.

Les autres questions auxquelles les scientifiques espèrent répondre incluent la qualité des modèles actuels décrivant les isotopes les plus stables et la façon dont les éléments plus lourds que le fer et le nickel (ces deux derniers étant les éléments les plus lourds produits par la fusion nucléaire dans les étoiles) sont formés à partir de bêta radioactif. -pourriture. La désintégration bêta se produit lorsqu’un noyau atomique absorbe un neutron ou lorsqu’un de ses neutrons devient un proton, ce qui rend le noyau instable.

Les scientifiques pensent que les éléments produits par la désintégration bêta sont généralement les sous-produits des supernovae ou des collisions d’étoiles à neutrons, mais jusqu’à présent, ils n’ont pas été en mesure de tester ou d’étudier quels types d’éléments sont produits et dans quelles proportions au cours de ces processus célestes. . Mais FRIB fournirait un moyen de tester définitivement ces hypothèses, par exemple, si ses boosters accélèrent des isotopes individuels avant de s’écraser sur une cible, permettant aux scientifiques de simuler des collisions se produisant à l’intérieur des étoiles et des supernovae.

Pour obtenir des isotopes à étudier, les physiciens vont sélectionner des atomes d’un élément très lourd comme l’uranium avant de les dépouiller d’électrons pour les transformer en ions. Ils les lanceront ensuite dans un tube de 1 476 pieds (450 mètres) à mi-chemin de la vitesse de la lumière. À l’extrémité du tube, le faisceau d’ions heurtera la roue en graphite, se divisant en combinaisons neutron-proton plus petites ou isotopes.

En guidant ces isotopes fraîchement préparés à travers une série d’aimants finement réglés, les physiciens pourront choisir avec soin l’isotope qu’ils souhaitent envoyer dans l’une des salles expérimentales de l’installation pour une étude plus approfondie. À terme, le FRIB sera rejoint par un autre accélérateur atomique, le FAIR (Installation for Antiproton and Ion Research) de 3,27 milliards de dollars, actuellement en construction à Darmstadt, en Allemagne. L’accélérateur, dont l’achèvement est prévu en 2027, a été conçu pour produire non seulement de la matière mais aussi de l’antimatière, et pourra stocker les noyaux qu’il produit plus longtemps que FRIB.

Publié à l’origine sur Live Science.