Witold Nazarewicz della Michigan State University ha un modo semplice per descrivere il lavoro complesso che svolge presso la Facility for Rare Isotope Beams, o FRIB.

"Io studio fisica nucleare teorica, " disse Nazarewicz, John A. Hannah Distinguished Professor di fisica e capo scienziato presso FRIB. "I teorici nucleari vogliono sapere cosa fa ticchettare il nucleo".

C'è un nucleo in ogni atomo. atomi, a sua volta, materia del trucco:le cose con cui interagiamo ogni giorno. Ma il nucleo è ancora avvolto nel mistero. Uno degli obiettivi di FRIB nella creazione di isotopi rari, o diverse forme di elementi, è capire meglio cosa sta succedendo all'interno dei nuclei degli atomi.

In un nuovo articolo per Lettere di revisione fisica , Simin Wang, un ex ricercatore associato al FRIB, e Nazarewicz mostrano come FRIB può individuare le firme di eventi nucleari insoliti e usarle come finestre nel nucleo.

"Ci sarà un programma al FRIB dedicato a tali misurazioni, " ha detto Nazarewicz. "Quello che vogliamo fare è capire la struttura del nucleo."

Come ogni bambino può attestare, uno dei modi migliori per capire come funziona qualcosa è smontarlo. Nella produzione di isotopi rari, FRIB creerà nuclei esotici che si sfaldano o decadono naturalmente.

Mentre alcuni membri dello staff del FRIB terminano la costruzione della struttura fisica, che dovrebbe iniziare gli esperimenti scientifici nel 2022, i teorici tra cui Wang e Nazarewicz stanno sviluppando modelli informatici che aiuteranno a interpretare la nuova scienza che sforna e a fare previsioni sul comportamento nucleare.

I nuclei sono essi stessi costruiti da particelle subatomiche note come protoni e neutroni. Ci sono alcuni nuclei che decadono creando coppie di protoni o neutroni all'interno del nucleo e poi sputandoli fuori.

Ad esempio, questo è il caso di un isotopo noto come berillio-6, che è un atomo di berillio con quattro protoni e due neutroni nel suo nucleo. All'interno del berillio-6, i protoni possono accoppiarsi e quando il nucleo decade rilasciando una di queste coppie, I rilevatori di FRIB saranno in grado di individuare le particelle espulse.

Ciò che Wang e Nazarewicz hanno fatto è stato costruire un modello al computer che consente loro di ricostruire essenzialmente come apparivano quei protoni all'interno del nucleo in base a ciò che vedono i rilevatori di FRIB.

"Stiamo misurando quelle particelle come sonde, non perché siamo particolarmente interessati ai protoni, " Disse Nazarewicz. "Quei protoni sono messaggeri, che trasportano informazioni sul nucleo da cui sono stati emessi."

Il modello funziona in modo simile anche per nuclei rari che decadono emettendo coppie di neutroni.

Una delle maggiori sfide del lavoro è stata lo sviluppo di un modello al computer in grado di tracciare queste particelle su un enorme arco di scale di lunghezza.

I nuclei sono misurati in femtometri, semplici quadrilionesimi di metro. Ma i rilevatori di FRIB sono, grosso modo, un metro di distanza. Per prospettiva, ci sono molti più femtometri tra le tue due pupille che metri tra la Terra e il sole.

Tuttavia, il modello degli Spartani doveva essere in grado di tenere conto di ciò che accade sia su scala femtometrica che per distanze molto più grandi che le particelle devono coprire per raggiungere il rivelatore.

"Devi essere in grado di caratterizzare correttamente le particelle all'interno del nucleo e seguirle mentre decadono dal nucleo e viaggiano verso i rivelatori, " Nazarewicz ha detto. "Non è banale fare calcoli su quelle scale."

Nazarewicz attribuisce a Wang il merito di aver superato quella sfida e di aver portato il progetto a una conclusione positiva. E, anche se Wang ammette che è stato difficile, spera che la gente non ricordi quanto sia stato duro il lavoro, ma quanto è eccitante.

"La maggior parte della mia carriera di ricerca è stata dedicata allo sviluppo di strumenti teorici che collegano la struttura nucleare e gli osservabili sperimentali, quindi non posso descrivere quanto sono entusiasta che FRIB sia in via di completamento, "Ha detto Wang.

"Poiché gli osservabili calcolati con il nostro nuovo strumento possono essere direttamente confrontati con misurazioni sperimentali, saremo in grado di fare molte previsioni e scoprire molti nuovi fenomeni, " Wang ha detto. "Sarà una grande era".