Forskere opretter den første lavenergipartikelacceleratorstråle under jorden i USA

Nukleare astrofysikere har med succes skabt den første lavenergi-partikelacceleratorstråle dybt under jorden i USA, bringe dem et skridt tættere på at forstå, hvordan elementerne i vores univers er bygget.

Gennem projektet, kaldet CASPAR (Compact Accelerator System for Performing Astrophysical Research), forskere vil genskabe atomfusionsprocesserne, der er ansvarlige for energiproduktion og elementær produktion i stjerner, at forstå mere om, hvordan stjerner brænder, og hvilke elementer de skaber, mens de gør det.

CASPAR er en af ​​kun to underjordiske acceleratorer i verden, placeret ved Sanford Underground Research Facility (SURF), i bly, South Dakota.

Den anden, Laboratory for Underground Nuclear Astrophysics (LUNA) ligger i Italien, nær Gran Sasso -bjerget.

"Installation og drift af acceleratorer under jorden er en betydelig udfordring, "sagde Michael Wiescher, Freimann professor i atomfysik ved University of Notre Dame. "CASPAR er unik, da den dækker et bredere energiområde end LUNA -acceleratoren. Det giver os mulighed for, for første gang, at undersøge reaktioner ved stjernens heliumforbrænding, der finder sted i stjerner som Betelgeuse, ved laboratorieforhold. Gennem disse undersøgelser, vi lærer om oprindelsen af ​​ilt og kulstof som de vigtigste ingredienser i biologisk liv i universet, og vi vil lære om de mekanismer, stjerner har udviklet til at producere gradvist tungere grundstoffer gennem neutronfusionsprocesser. "

Wiescher og forskningsassistent professor Dan Robertson leder teamet fra Notre Dame, arbejder i samarbejde med forskere fra South Dakota School of Mines and Technology og Colorado School of Mines.

"Kompleksiteten ved at flytte et acceleratoranlæg dybt under jorden opvejes stærkt af de potentielle fordele ved genskabelse af atomreaktioner af astrofysisk interesse, "sagde Robertson." I øjeblikket er en betydelig mængde af de oplysninger, vi har om reaktioner, der finder sted under de nøjagtige forhold inde i en stjerne, kan kun ekstrapoleres fra data i andre energiområder. Dette er mest fordi sandsynligheden for denne reaktion er så lille, og uden en stjernes værdi af materiale at lege med, det er svært at måle, når man konkurrerer med kosmisk baggrund. Vi håber at kunne måle nøglereaktioner i elementære produktionsscenarier direkte, giver indsigt i deres adfærd og hjælper med at forstå, hvordan og hvor materialet i vores hverdag blev produceret. "

50-fods lavenergipartikelacceleratoren blev samlet 4, 850 fod under jorden i august 2015 og blev transporteret i stykker fra sit oprindelige hjem ved Notre Dame. Forskere læssede stykkerne ind i en burelevator og flyttede dem til forsøgsrummet i den tidligere Homestake Gold Mine via minevogn. At tage projektet under jorden beskytter det mod den kosmiske stråling, Jorden udsættes for konstant, som kan forstyrre meget følsomme fysikeksperimenter.

"Denne slags undersøgelser har brug for et miljø fri for kosmiske stråler, som kun findes på steder som SURF, "sagde Wiescher.

Kernefusionen, der finder sted inde i en stjerne, er det, der skaber de elementer, der er nødvendige for livet. Ældre stjerner, født omkring Big Bangs tid, består af meget få elementer, mens yngre stjerner inkluderer en opbygning af tungere elementer som bly og guld.

At forstå, at opbygning af elementer kun er et af de mange spørgsmål, forskere håber at hjælpe med at besvare gennem en række CASPAR -eksperimenter.

Med operationer i gang, teamet planlægger at begynde dataindsamling i efteråret.