Lab AS baru untuk membuat versi atom yang tidak pernah tercatat di Bumi | fisika partikel

Dari karbon hingga uranium, dari oksigen hingga besi, unsur-unsur kimia adalah bahan penyusun dunia di sekitar kita dan alam semesta yang lebih luas. Sekarang, fisikawan berharap untuk mendapatkan pandangan sekilas yang belum pernah terjadi sebelumnya tentang asal-usul mereka dengan pembukaan fasilitas baru yang akan menciptakan ribuan versi atom yang aneh dan tidak stabil yang belum pernah direkam sebelumnya di Bumi.

Dengan mempelajari versi ini, yang dikenal sebagai isotop, mereka berharap mendapatkan wawasan baru tentang reaksi yang menciptakannya Elemen dalam ledakan bintang, dan menguji teori tentang “gaya kuat” – salah satu dari empat gaya fundamental di alam yang mengikat proton dan neutron bersama-sama di dalam nukleus. Fasilitas ini juga dapat menyediakan isotop baru untuk penggunaan medis.

Atom terdiri dari proton, neutron, dan elektron. Jumlah proton menentukan perilaku kimia suatu atom dan unsur apa itu – misalnya, karbon selalu memiliki enam proton dan emas memiliki 79 – sedangkan atom dari unsur yang sama yang mengandung jumlah neutron yang berbeda disebut isotop.

Karena banyak isotop tidak stabil dan meluruh dengan cepat — terkadang dalam sepersekian detik — para ilmuwan hanya mempelajari sebagian kecil dari yang diduga.

“Ada 285 isotop unsur di Bumi, tapi kami yakin ada 10.000 isotop potensial untuk unsur-unsur hingga uranium,” kata Prof Bradley Sherrill, direktur ilmiah dari Michigan’s Facility for Rare Isotope Beams (FRIB). 2 Mei. “Tujuan FRIB adalah untuk menyediakan akses seluas mungkin ke lanskap luas isotop lain ini karena teknologi memungkinkan.”

Beberapa dari “isotop langka” ini dapat menggerakkan reaksi penting untuk pembentukan unsur, jadi dengan mempelajarinya, fisikawan berharap untuk mendapatkan pemahaman yang lebih baik tentang sejarah kimia alam semesta — termasuk bagaimana kita sampai di sini.

Sebagian besar elemen diyakini telah terbentuk di bintang yang meledak, tetapi “dalam banyak kasus kita tidak tahu bintang mana yang menghasilkan elemen mana karena reaksi ini melibatkan isotop yang tidak stabil — hal-hal yang tidak bisa kita dapatkan dengan mudah.” Prof Gavin Lotay, fisikawan nuklir di University of Surrey yang berencana menggunakan fasilitas baru untuk mempelajari ledakan yang sering terjadi, yang dikenal sebagai semburan sinar-X, di bintang-bintang neutron.

Tujuan lain adalah untuk memahami inti atom dengan cukup baik untuk mengembangkan model komprehensif dari mereka yang dapat memberikan wawasan baru tentang peran mereka dalam menghasilkan energi untuk bintang atau reaksi di pembangkit listrik tenaga nuklir.

Fasilitas ini juga dapat menyediakan isotop yang berguna secara medis. Dokter sudah menggunakan isotop radioaktif dalam hal-hal seperti pemindaian hewan peliharaan dan beberapa jenis terapi radiasi, tetapi menemukan lebih banyak isotop dapat membantu meningkatkan pencitraan diagnostik atau membuka cara baru untuk menemukan dan menghancurkan tumor.

Untuk membuat isotop ini, FRIB akan mempercepat berkas inti atom hingga setengah kecepatan cahaya dan menembakkannya melalui tabung sepanjang 450 meter sebelum menabrak target yang akan menyebabkan beberapa atom terpecah menjadi kombinasi proton dan neutron yang lebih kecil. . Serangkaian magnet kemudian menyaring isotop yang diinginkan dan mengarahkannya ke ruang uji untuk studi lebih lanjut.

“Dalam sepersejuta detik, kita dapat memilih isotop tertentu dan mengirimkannya ke eksperimen di mana ia bekerja [scientists] “Kita dapat menangkapnya dan mengamati peluruhan radioaktifnya, atau kita dapat menggunakannya untuk memulai reaksi nuklir lain dan menggunakan produk reaksi tersebut untuk memberi tahu kita sesuatu tentang struktur isotop,” kata Sherrill.

Eksperimen pertama melibatkan persiapan isotop terberat dari fluor, aluminium, magnesium dan neon dan membandingkan tingkat peluruhan radioaktifnya dengan yang diprediksi oleh model yang ada. “Kejutannya adalah ketika pengamatan kami sesuai dengan harapan kami,” kata Sherrill. “Kemungkinan besar, mereka akan tidak setuju, dan kemudian kami akan menggunakan ketidaksepakatan itu untuk memperbaiki model kami.”

Sekitar sebulan kemudian, peneliti FRIB berencana untuk mengukur peluruhan radioaktif dari isotop yang dianggap ada di bintang neutron—beberapa objek terpadat di alam semesta yang terbentuk ketika sebuah bintang masif kehabisan bahan bakar dan runtuh—untuk lebih memahami perilaku mereka.

“Kami akhirnya memiliki alat yang memungkinkan orang melakukan penelitian yang telah mereka tunggu selama 30 tahun,” kata Sherrill. “Ini seperti memiliki teleskop baru yang lebih besar yang dapat melihat lebih jauh ke alam semesta daripada sebelumnya – hanya saja kita akan melihat lebih jauh ke lanskap nuklir daripada yang pernah bisa kita lihat sebelumnya.” Kapan pun Anda memiliki alat baru seperti ini, ada potensi untuk ditemukan.”