世界上最强大的重离子对撞机本周上线

它将让科学家们窥探超新星的内部运作

FRIB 的 46 个低温模块可在离子加速至极快速度时保持离子冷却

研究人员于 5 月 2 日宣布，世界上最强大的重离子加速器——它将创造新的奇异原子并揭示恒星和超新星如何形成构成我们宇宙的元素——终于完成了。

密歇根州立大学 (MSU) 耗资 7.3 亿美元的稀有同位素束 (FRIB) 设施的实验定于本周开始。一旦上线，新反应堆将相互发射两个重原子核，将它们分开，使科学家能够研究是什么将它们粘合在一起，以及稀有的原子同位素——它们的原子核中具有不同数量的中子的化学元素的版本——是多么稀有结构化的。

虽然过去的重离子加速器（例如密歇根州立大学以前的加速器国家超导回旋加速器实验室）使科学家能够瞥见奇异原子，但他们并没有以足够快的速度生产它们，从而使详细研究成为可能。据密歇根州立大学的科学家称，新的 FRIB 加速器将使研究人员能够接触到 1000 多种新同位素，让他们对新的癌症治疗、古代材料的辐射测年和核安全有了新的认识。

据《兰辛州日报》报道，FRIB 实验室主任托马斯·格拉斯马赫在剪彩仪式上说：“FRIB 将成为我们国家研究基础设施的核心部分。 ” “1600多名科学家渴望来到这里，因为我们将成为最好、最强大的超导重离子直线加速器。”

物理学家对 FRIB 感到兴奋，因为它可以提供更清晰的可能原子同位素图景。现在，物理学家对将原子核结合在一起的东西（四种基本力之一称为强力）有了很好的了解，并且已经制作了大量模型来预测一些未观察到的原子核可能是什么样子。但是原子核很复杂，可以以令人惊讶的方式粘合在一起，使得模型过于简单化。例如，模型预测的许多原子核可能无法很好地结合在一起而无法存在。

科学家希望回答的其他问题包括当前模型对最稳定同位素的描述如何，以及比铁和镍（后两者是恒星核聚变产生的最重元素）重的元素是如何通过放射性 β 衰变形成的。当原子核吸收中子或其中一个中子变成质子时，就会发生 β 衰变，从而使原子核变得不稳定。

科学家们认为，β衰变形成的元素通常是超新星或中子星碰撞的副产品，但直到现在还无法检查或研究在这些天体过程中产生了哪些类型的元素以及以何种比例产生的元素. 但是 FRIB 将提供一种最终检验这些假设的方法，因为如果它的加速器在将单个同位素撞击到目标之前加速它们，使科学家能够模拟发生在恒星和超新星内部的碰撞。

为了生产用于研究的同位素，物理学家将选择一种非常重的元素（例如铀）的原子，然后剥离它们的电子以将它们转化为离子。然后他们将把它们发射到一条 1,476 英尺长（450 米）的管道上，管道的速度超过了光速的一半。在管道的末端，离子束将撞击石墨轮，分裂成更小的中子-质子组合或同位素。

通过一系列可微调的磁铁引导这些新制造的同位素，物理学家将能够仔细选择他们想要将哪种同位素发射到该设施的一个实验大厅中以进行进一步研究。FRIB 最终将加入另一个原子粉碎机，即目前正在德国达姆施塔特建造的耗资 32.7 亿美元的反质子和离子研究设施 (FAIR)。该加速器定于 2027 年完工，旨在制造反物质和物质，并将能够比 FRIB 将其产生的原子核存储更长时间。