Descubriendo secretos atómicos en el laboratorio de FSU

El laboratorio John D. Fox de Aceleración Lineal Superconductora en la Universidad Estatal de Florida (FSU) ha estado trabajando en ciencia nuclear desde los años 60. Este lugar es conocido por sus estudios de vanguardia sobre la estructura de los núcleos atómicos y las reacciones que ocurren cuando chocan. Los investigadores en este laboratorio se enfocan en usar equipos avanzados para realizar experimentos que nos ayudan a entender los misterios del mundo atómico.

#El Laboratorio John D. Fox

El laboratorio de aceleración de FSU comenzó su camino en 1960 con una máquina impresionante llamada el acelerador EN Tandem Van de Graaf. Este fue el segundo de su tipo en Estados Unidos. A lo largo de los años, el laboratorio ha logrado importantes avances en ciencia nuclear, como acelerar iones de helio cargados e identificar resonancias únicas en reacciones inducidas por protones.

En 1970, el laboratorio mejoró su equipo con un acelerador Super-FN Tandem Van de Graaff. Esto llevó a la instalación de un post-acelerador lineal superconductora a mediados de los 80. Este nuevo equipo permitió a los investigadores realizar experimentos aún más avanzados. Para 2007, la instalación fue nombrada en honor a John D. Fox, que tuvo un papel importante en su desarrollo.

Hoy en día, el laboratorio tiene dos aceleradores principales que producen una variedad de haces de partículas para experimentos. Estos haces excitan los núcleos atómicos y ayudan a los científicos a estudiar cómo se comportan en diferentes condiciones. La instalación ha expandido sus capacidades con nuevos sistemas y detectores, lo que le permite realizar experimentos más complejos.

#Configuraciones Experimentales

#Espectrómetro Super-Enge Split-Pole (SE-SPS)

Una de las herramientas clave en el laboratorio de FSU es el Espectrómetro Super-Enge Split-Pole (SE-SPS). Este dispositivo fue trasladado a FSU después de que el Laboratorio de Estructura Nuclear Wright en Yale cerrara. El SE-SPS está diseñado para analizar el momento de los productos de reacción y enfocarlos para ayudar a identificar reacciones nucleares y estados excitados.

El SE-SPS tiene una gran ventaja en los experimentos porque puede capturar un ángulo sólido más grande, mejorando las posibilidades de detectar eventos raros durante las reacciones nucleares. Fue oficialmente puesto en marcha en FSU en 2018 y ya ha producido resultados impresionantes, incluyendo la identificación de estados excitados en isótopos de titanio.

#Demostrador CeBrA

Otro desarrollo significativo es el demostrador del Arreglo de Bromuro de Cerio (CeBrA). Este equipo se enfoca en experimentos de coincidencia de partículas, que implican detectar muchas partículas simultáneamente durante una reacción nuclear. Con la adición de varios detectores, los investigadores pueden identificar con precisión las desintegraciones de partículas y recopilar datos valiosos de las reacciones nucleares.

Uno de los aspectos emocionantes del equipo CeBrA es su capacidad para detectar varios estados excitados de núcleos. Ha permitido a los científicos hacer nuevos descubrimientos sobre el comportamiento de los núcleos atómicos, incluso revelando estados que nunca se habían observado antes.

#Detector de Neutrones CATRiNA

Los neutrones juegan un papel crucial en las reacciones nucleares, y el arreglo de detectores de neutrones CATRiNA en el laboratorio ha sido diseñado específicamente para su detección. Este equipo utiliza detectores de centelleo líquido que pueden diferenciar entre interacciones de neutrones y rayos gamma.

Los detectores CATRiNA se han utilizado en varios experimentos, incluyendo experimentos de transferencia de protones, donde los haces de deuterones interactúan con diferentes objetivos. Esto ha proporcionado información valiosa sobre el comportamiento de los neutrones y las reacciones de diferentes materiales.

#Arreglo CLARION2-TRINITY

El arreglo CLARION2 y TRINITY es una nueva configuración para espectroscopia de rayos gamma de alta resolución. Este sistema utiliza detectores de germanio de alta pureza tipo Clover (HPGe), dispuestos de tal manera que minimizan la superposición de detectores y mejoran la precisión de la detección.

La combinación de este equipo con detección de partículas permite a los científicos realizar estudios precisos de reacciones nucleares. Por ejemplo, el laboratorio ha podido estudiar resonancias de bajo nivel en isótopos, vinculando sus propiedades a una comprensión más amplia de la física nuclear.

#Importancia de la Física Nuclear

La física nuclear es esencial para entender cómo se comporta la materia a niveles fundamentales. Al estudiar núcleos atómicos, los científicos pueden explorar cómo se forman las estrellas, cómo se crean los elementos en el universo e incluso cómo las reacciones nucleares impactan nuestra vida diaria.

Por ejemplo, las reacciones nucleares son el corazón de la producción de energía en las estrellas, incluida nuestra Sun. Comprender estas reacciones puede ayudar a los científicos a aprovechar la energía nuclear de manera segura y efectiva. Además, estudiar la estructura y las reacciones nucleares ayuda a informar los campos de la medicina, especialmente en tratamientos de radiación e imágenes diagnósticas.

#Aspectos Destacados de la Investigación Reciente

#Espectroscopia de Fuerzas de Partículas Únicas

Uno de los enfoques de la investigación en el laboratorio de FSU ha sido medir las fuerzas de partículas únicas en isótopos nucleares. Los investigadores han encontrado que solo una fracción de las fuerzas esperadas se observan experimentalmente, especialmente en isótopos inestables.

Al estudiar varios isótopos, los científicos pueden entender cómo se distribuye la fuerza nuclear entre diferentes estados. Esta investigación no solo arroja luz sobre la estructura nuclear, sino que también mejora nuestra comprensión de las interacciones fundamentales dentro del núcleo.

#La Resonancia Dipolo Pigmey

La resonancia dipolo pigmey es un fenómeno que ocurre en núcleos ricos en neutrones. Esta estructura única contribuye a nuestra comprensión de las fuerzas nucleares y cómo se manifiestan en diferentes estados de la materia. Los experimentos se han centrado en descubrir sus propiedades y cómo se relaciona con los modelos nucleares.

Los primeros resultados sugieren que las funciones de onda de estos estados son principalmente influenciadas por excitaciones de un partícula-un agujero que involucran neutrones en exceso. La investigación continua busca aclarar estos hallazgos, particularmente cómo se relacionan con modelos nucleares más amplios.

#Astro Física Nuclear

La astrofísica nuclear es el estudio de cómo las reacciones y procesos nucleares afectan la evolución del universo. El laboratorio de FSU ha participado en estudios vinculados a la producción de isótopos específicos en estrellas.

Por ejemplo, un estudio reciente se centró en los isótopos de larga vida, como el aluminio-26. Estos isótopos juegan un papel clave en entender cómo las estrellas crean y contribuyen con elementos a la galaxia. Al explorar las reacciones entre isótopos, los investigadores buscan resolver discrepancias sobre sus propiedades y las tasas a las que se producen.

#Perspectivas Futuras

El futuro de la ciencia nuclear en el laboratorio John D. Fox de FSU parece prometedor. Los planes incluyen expandir el arreglo de detectores CeBrA para mejorar las capacidades de experimentos de coincidencia de partículas. Además, los investigadores están trabajando en un nuevo detector de plano focal para mejorar la resolución de detección y aumentar las tasas de conteo.

Estos avances permitirán a los científicos abordar problemas más complejos en física nuclear y campos relacionados. La combinación de diferentes sistemas de detección permitirá estudios exhaustivos de reacciones, desentrañando aún más los misterios de la estructura y el comportamiento nuclear.

#Conclusión

El laboratorio John D. Fox de Aceleración Lineal Superconductora de FSU es un centro de investigación en ciencia nuclear, dedicado a desentrañar los detalles intrincados de los núcleos atómicos y sus reacciones. Con configuraciones experimentales avanzadas y un compromiso con el descubrimiento, el laboratorio sigue empujando los límites de nuestro conocimiento, contribuyendo a campos que van desde la generación de energía hasta la comprensión del cosmos.

En el mundo de la física nuclear, cada experimento es como una caza del tesoro, y los investigadores de FSU están armados con sus detectores y curiosidad, listos para descubrir los secretos del universo atómico.