Ученые использовали единственное в своем роде устройство, чтобы лучше понять ядра, совокупность протонов и нейтронов, находящихся в сердце атомов. Понимание этих основных строительных блоков позволяет ученым совершенствовать свои лучшие модели и находит применение в медицине, национальной безопасности и промышленности.

"За масштабом объекта и реализуемыми программами действительно интересно наблюдать", - сказала Хизер Кроуфорд, физик из лаборатории Беркли и ведущий представитель первого эксперимента FRIB. "Исследования будут проводиться в разных областях, которые повлияют на то, о чем мы еще даже не думали. Здесь так много возможностей для открытий".

Первый эксперимент - это лишь малая толика того, что должно произойти на объекте, который в ближайшие годы станет в 400 раз мощнее. "Это будет действительно захватывающе - сногсшибательно, честно говоря", - сказал Кроуфорд.

В первом эксперименте было задействовано более 50 участников из десяти университетов и национальных лабораторий. В исследовании рассматривались изотопы нескольких элементов. Изотопы - это разновидности определенного элемента; они имеют одинаковое количество протонов, но могут иметь разное количество нейтронов.

Исследователи сосредоточились на нестабильных изотопах вблизи "линии капель", места, где нейтроны больше не могут связываться с ядром. Вместо этого любые дополнительные нейтроны стекают, как вода с пропитанной кухонной губки.

Исследователи направили пучок стабильных ядер кальция-48, движущихся со скоростью около 60% скорости света, в бериллиевую мишень. Кальций фрагментировался, образуя множество изотопов, которые были разделены, индивидуально идентифицированы и доставлены на чувствительный детектор, который измерил, сколько времени им потребовалось для распада. Результат? Впервые сообщалось об измерениях периодов полураспада пяти экзотических, насыщенных нейтронами изотопов фосфора, кремния, алюминия и магния.

Измерения периода полураспада (возможно, наиболее известные из приложений для датирования по углероду) - это одна из первых вещей, которые исследователи могут наблюдать в отношении этих короткоживущих частиц. Фундаментальная информация о ядрах на пределе их существования служит полезным тестом для различных моделей атомного мира.

"Это фундаментальный научный вопрос, но он связан с более широкой картиной в этой области", - сказал Кроуфорд. "Наша цель - описать не только эти ядра, но и все виды ядер. Эти модели помогают нам заполнить пробелы, что помогает нам более надежно прогнозировать то, что мы еще не смогли измерить ".

Более полные теории помогают продвигать исследования в таких областях, как астрофизика и ядерная физика - например, понимание того, как элементы образуются во взрывающихся звездах или как протекают процессы в ядерных реакторах.

Кроуфорд и его команда планируют повторить эксперимент с периодом полураспада в следующем году, используя преимущества дополнительной интенсивности пучка, что увеличит количество образующихся изотопов, включая редкие изотопы вблизи нейтронной капельной линии. Тем временем другие группы будут пользоваться преимуществами многочисленных линий луча и инструментов объекта.

"Ввод объекта в эксплуатацию был большим усилием многих людей, и сообщество с нетерпением ждало этого в течение долгого времени", - сказал Кроуфорд. "Я рад, что я достаточно молод, чтобы продолжать пользоваться этим преимуществом в течение следующих нескольких десятилетий".

В первом эксперименте сотрудничали несколько учреждений: исследователи из Аргоннской национальной лаборатории (ANL), Лаборатории Беркли, Брукхейвенской национальной лаборатории, Университета штата Флорида, FRIB, Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса, Университета штата Луизиана, Лос-Аламосской национальной лаборатории, Университета штата Миссисипи, Национальной лаборатории Ок-Риджа (ORNL) и Университета из Теннесси Ноксвилл (UTK).

Ученые из ORNL, UTK, ANL и FRIB возглавили сотрудничество по созданию приборов, используемых в FRIB Decay Station initiator, чувствительной детекторной системе, которая измеряла изотопы.

Мичиганский государственный университет (МГУ) управляет установкой для пучков редких изотопов (FRIB) в качестве пользовательского объекта для Управления науки Министерства энергетики США (DOE-SC), поддерживая миссию Управления ядерной физики Министерства энергетики США. Размещая то, что спроектировано как самый мощный ускоритель тяжелых ионов, FRIB позволяет ученым делать открытия о свойствах редких изотопов, чтобы лучше понять физику ядер, ядерную астрофизику, фундаментальные взаимодействия и приложения для общества, в том числе в медицине, национальной безопасности и промышленности.