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核物理學(xué)家的一個(gè)最大愿望終于實(shí)現(xiàn)。據(jù)《自然》報(bào)道，經(jīng)過幾十年的等待，一部耗資9.42億美元的加速器于5月2日在美國正式投入使用。相關(guān)實(shí)驗(yàn)將描繪原子核景觀的未探索區(qū)域，并揭示恒星和超新星爆發(fā)如何創(chuàng)造宇宙中的大多數(shù)元素。

這一名為稀有同位素束流設(shè)施(FRIB)的加速器位于密歇根州立大學(xué)，于2014年開始建造，并于去年年底完工，其預(yù)算大部分由美國能源部資助。它取代了位于同一地點(diǎn)的美國國家科學(xué)基金會(huì)加速器，即國家超導(dǎo)回旋加速器實(shí)驗(yàn)室(NSCL)。

圣母大學(xué)實(shí)驗(yàn)核物理學(xué)家Ani Aprahamian表示，該項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了整個(gè)核物理界的夢想。田納西大學(xué)研究核物理的Kate Jones則對此表示同意，“這是我們期待已久的設(shè)施”。

幾十年來，核物理學(xué)家一直在推動(dòng)建立一個(gè)能夠比NSCL和全球類似加速器產(chǎn)生稀有同位素速度快幾個(gè)數(shù)量級的設(shè)施。20世紀(jì)80年代末，科學(xué)家首次提出了該加速器的建議，并在90年代達(dá)成共識。理論核物理學(xué)家、FRIB首席科學(xué)家Witold Nazarewicz說：“核物理界的人士堅(jiān)持認(rèn)為，我們需要這樣的工具。”

所有FRIB實(shí)驗(yàn)都將在地下開展。一種特定元素(通常是鈾)的原子將被電離，并被送入一個(gè)450米長的加速器，加速器會(huì)像回形針一樣彎曲，以適應(yīng)150米長的大廳。在管道末端，離子束將撞擊一個(gè)石墨輪，石墨輪不斷旋轉(zhuǎn)，以避免任何特定的位置過熱。大多數(shù)原子核會(huì)穿過石墨，但有一部分會(huì)與其碳原子核碰撞。這導(dǎo)致鈾原子核分裂成更小的質(zhì)子和中子組合，而每一個(gè)原子核都代表著不同的元素和同位素。

隨后，由各種原子核組成的光束將被引導(dǎo)至地面的“碎片分離器”。分離器由一系列磁鐵組成，后者會(huì)使每個(gè)原子核向右偏轉(zhuǎn)，而每個(gè)原子核的角度取決于其質(zhì)量和電荷。通過微調(diào)，F(xiàn)RIB能夠?yàn)槊總€(gè)特定實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生完全由一種同位素組成的光束。

最后，所需同位素可通過束流管到達(dá)實(shí)驗(yàn)大廳。FRIB科學(xué)總監(jiān)、核物理學(xué)家Bradley Sherrill表示，就最稀有的同位素而言，生產(chǎn)率可能低至每周一個(gè)原子核，但FRIB將能夠產(chǎn)生和研究幾乎每一種原子核。

FRIB的一個(gè)獨(dú)特之處是它有第二個(gè)加速器，可以接收稀有同位素并將其撞擊到固定目標(biāo)上，以模擬恒星或超新星內(nèi)部發(fā)生的高能碰撞。(作者：辛雨 )