Découverte des secrets atomiques au labo de FSU

Le laboratoire John D. Fox de l’accélérateur linéaire supraconducteur à l’Université d'État de Floride (FSU) bosse sur la science nucléaire depuis les années 1960. Cet endroit est réputé pour ses recherches à la pointe sur la structure des noyaux atomiques et les réactions qui se produisent lors de leurs collisions. Les chercheurs du lab se concentrent sur l’utilisation de matériel high-tech pour mener des expériences qui nous aident à comprendre les mystères du monde atomique.

#Le laboratoire John D. Fox

Le laboratoire d'accélérateur de la FSU a commencé son aventure en 1960 avec une super machine appelée l'accélérateur EN Tandem Van de Graaf. C'était le deuxième de son genre aux États-Unis. Au fil des ans, le lab a réalisé des avancées significatives en science nucléaire, comme l'accélération des ions hélium chargés et l’identification de résonances uniques dans les réactions provoquées par des protons.

En 1970, le lab a modernisé son équipement avec un accélérateur Super-FN Tandem Van de Graaff. Cela a conduit à l'installation d'un post-accélérateur linéaire supraconducteur au milieu des années 1980. Ce nouvel équipement a permis aux chercheurs de réaliser des expériences encore plus avancées. En 2007, l'installation a été nommée d'après John D. Fox, qui a joué un rôle clé dans son développement.

Aujourd'hui, le lab dispose de deux accélérateurs principaux qui produisent une variété de faisceaux de particules pour des expériences. Ces faisceaux excitent les noyaux atomiques et aident les scientifiques à étudier leur comportement dans différentes conditions. L'établissement a élargi ses capacités avec de nouveaux systèmes et détecteurs, lui permettant de mener des expériences plus complexes.

#Configurations expérimentales

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

Un des outils clés du lab FSU est le spectrographe Super-Enge Split-Pole (SE-SPS). Ce dispositif a été déplacé à la FSU après la fermeture du laboratoire de structure nucléaire Wright à Yale. Le SE-SPS est conçu pour analyser la quantité de mouvement des produits de réaction et les focaliser pour aider à identifier les réactions nucléaires et les états excités.

Le SE-SPS a un énorme avantage dans les expériences car il peut capturer un plus grand angle solide, améliorant les chances de détecter des événements rares lors des réactions nucléaires. Il a été officiellement mis en service à la FSU en 2018 et a déjà produit des résultats impressionnants, y compris l'identification d'états excités dans des isotopes de titane.

#Démonstrateur CeBrA

Un autre développement important est le démonstrateur de l’Array de bromure de cérium (CeBrA). Ce dispositif est axé sur les expériences de coïncidence de particules, qui impliquent la détection de plusieurs particules en même temps lors d'une réaction nucléaire. Avec l'ajout de plusieurs détecteurs, les chercheurs peuvent identifier avec précision les désintégrations de particules et collecter des données précieuses sur les réactions nucléaires.

Un des aspects excitants de la configuration CeBrA est sa capacité à détecter divers états excités des noyaux. Cela a permis aux scientifiques de faire de nouvelles découvertes sur le comportement des noyaux atomiques, révélant même des états qui n'avaient jamais été observés auparavant.

#Détecteur de neutrons CATRiNA

Les neutrons jouent un rôle crucial dans les réactions nucléaires, et l'array de détecteurs de neutrons CATRiNA au lab a été conçu spécifiquement pour leur détection. Ce dispositif utilise des détecteurs à scintillation liquide qui peuvent différencier les interactions entre neutrons et rayons gamma.

Les détecteurs CATRiNA ont été utilisés dans diverses expériences, y compris des expériences de transfert de protons, où des faisceaux de deutérons interagissent avec différents cibles. Cela a fourni des aperçus précieux sur le comportement des neutrons et les réactions de différents matériaux.

#Array CLARION2-TRINITY

L’array CLARION2 et TRINITY est une nouvelle installation pour la spectroscopie gamma à haute résolution. Ce système utilise des détecteurs en germanium de haute pureté de type Clover (HPGe), agencés de manière à minimiser le chevauchement des détecteurs et améliorer la précision de détection.

La combinaison de cette configuration avec la détection de particules permet aux scientifiques de mener des études précises des réactions nucléaires. Par exemple, le lab a pu étudier les résonances basses dans des isotopes, liant leurs propriétés à une compréhension plus large de la physique nucléaire.

#Importance de la physique nucléaire

La physique nucléaire est essentielle pour comprendre comment la matière se comporte aux niveaux les plus fondamentaux. En étudiant les noyaux atomiques, les scientifiques peuvent explorer comment les étoiles se forment, comment les éléments sont créés dans l'univers, et même comment les réactions nucléaires impactent notre vie quotidienne.

Par exemple, les réactions nucléaires sont au cœur de la production d'énergie dans les étoiles, y compris notre Soleil. Comprendre ces réactions peut aider les scientifiques à exploiter l'énergie nucléaire de manière sûre et efficace. De plus, étudier la structure nucléaire et les réactions aide à informer les domaines de la médecine, notamment dans les traitements par radiation et l'imagerie diagnostique.

#Points forts de la recherche récente

#Spectroscopie des forces de particules uniques

Un des axes de recherche au lab FSU a été de mesurer les forces de particules uniques dans des isotopes nucléaires. Les chercheurs ont découvert que seule une fraction des forces attendues est observée expérimentalement, en particulier dans des isotopes instables.

En étudiant divers isotopes, les scientifiques peuvent comprendre comment la force nucléaire est distribuée parmi différents états. Cette recherche éclaire non seulement la structure nucléaire mais améliore aussi notre compréhension des interactions fondamentales au sein du noyau.

#La Résonance dipolaire pygmée

La résonance dipolaire pygmée est un phénomène observé dans les noyaux riches en neutrons. Cette structure unique contribue à notre compréhension des forces nucléaires et comment elles se manifestent dans différents états de la matière. Les expériences se concentrent sur la découverte de ses propriétés et comment cela se rapporte aux modèles nucléaires.

Les résultats préliminaires suggèrent que les fonctions d'onde de ces états sont principalement influencées par des excitations un-particule-un-trou impliquant des neutrons en excès. La recherche continue vise à clarifier ces résultats, en particulier comment ils se rapportent aux modèles nucléaires plus larges.

#Astrophysique nucléaire

L'astrophysique nucléaire est l'étude de comment les réactions et processus nucléaires affectent l'évolution de l'univers. Le lab FSU a participé à des études liées à la production de certains isotopes dans les étoiles.

Par exemple, une étude récente s'est concentrée sur les isotopes à longue durée de vie, comme l'aluminium-26. Ces isotopes jouent un rôle clé dans la compréhension de comment les étoiles créent et contribuent des éléments à la galaxie. En explorant les réactions entre isotopes, les chercheurs visent à résoudre des différences sur leurs propriétés et les taux auxquels ils sont produits.

#Perspectives d'avenir

L'avenir de la science nucléaire au laboratoire John D. Fox de la FSU semble prometteur. Des plans incluent l'expansion de l'array détecteur CeBrA pour améliorer les capacités des expériences de coïncidence de particules. De plus, les chercheurs travaillent sur un nouveau détecteur de plan focal pour améliorer la résolution de détection et augmenter les taux de comptage.

Ces avancées permettront aux scientifiques de s'attaquer à des problèmes plus complexes en physique nucléaire et dans des domaines connexes. Le couplage de différents systèmes de détection permettra des études complètes des réactions, déchiffrant encore plus les mystères de la structure et du comportement nucléaires.

#Conclusion

Le laboratoire John D. Fox de l’accélérateur linéaire supraconducteur de la FSU est un centre de recherche en science nucléaire, dédié à déchiffrer les détails complexes des noyaux atomiques et de leurs réactions. Avec des configurations expérimentales avancées et un engagement envers la découverte, le lab continue de repousser les limites de nos connaissances, contribuant à des domaines allant de la production d'énergie à la compréhension du cosmos.

Dans le monde de la physique nucléaire, chaque expérience est comme une chasse au trésor, et les chercheurs de la FSU sont armés de leurs détecteurs et de leur curiosité, prêts à découvrir les secrets de l'univers atomique.