NSF支持恒星核反应研究
2025-06-02 23:32

NSF支持恒星核反应研究

  Florida State University graduate students Chris Esparza and Matthew Mestayer working on the Array for Nuclear Astrophysics and Structure with Exotic Nuclei, or ANASEN, an active target detector in the John D. Fox Superco<em></em>nducting Linear Accelerator Laboratory. (Bill Lax/FSU Photography Services)

  佛罗里达州立大学的研究生克里斯·埃斯帕萨和马修·梅斯泰耶正在研究核天体物理和奇异核结构阵列,或称ANASEN,这是约翰·d·福克斯超级空间站上的一个主动目标探测器

  感应直线加速器实验室(Bill Lax/FSU摄影服务)

  在距离地球数万亿英里的地方,爆炸恒星内部的核反应产生了宇宙中大多数自然存在的元素。

  在地球上,佛罗里达州立大学约翰·d·福克斯超导加速器实验室的物理学家将复制这些反应,以更好地了解它们是如何工作和产生元素的。他们研究宇宙构成的工作得到了美国国家科学基金会(NSF) 900万美元的资助。天文学家通过可见光、高能粒子和引力波等多种“信使”来研究最遥远的恒星爆炸。要从远处理解这些观测,需要物理学的各个领域,而核物理学起着核心作用。FSU的研究人员可以在实验室中一个原子一个原子地重现恒星爆炸时的条件,从而更好地理解天文观测以及这种爆炸是如何产生自然界中发现的化学元素的。

  “当我们观察宇宙时,我们看到不同的恒星和具有不同性质的恒星爆炸,”物理系教授、该项目的联合首席研究员英戈·维登霍夫(Ingo wiedenhover)说。“了解这些恒星爆炸需要我们了解这些恒星的成分。其中一些爆炸告诉我们空间和时间本身,宇宙如何膨胀以及膨胀如何加速。我们正试图将我们对这些恒星爆炸的理解建立在更坚实的基础上,并将它们校准到我们可以在天文观测中使用的定量预测的水平。”

  该项目包括两个主要研究目标:

  研究恒星内部的核反应:通过再现恒星爆炸时发生的核反应,FSU物理学家可以测量爆炸恒星中发生反应的速率。这些信息将使研究人员更好地了解宇宙中元素的数量有助于更深入地了解恒星爆炸。

  研究不稳定的原子核:研究小组还将测量所谓的外来原子核的行为,外来原子核是指任何元素的原子,它们的质子和电子数量都是标准的,但中子数量不同,要么特别大,要么特别小。它们非常不稳定,不会在地球上自然产生。测量奇异原子核的性质可以给物理学家提供线索,了解原子核一般是如何结合在一起的基本性质。

  

  FSU研究生Bryan Kelly和Ian Hay在分极摄谱仪上安装一个实验目标。(Bill Lax/FSU摄影服务)

  

  研究生Samuel Ajayi正在确保CLARION2的高分辨率伽马射线探测器正常工作。(Bill Lax/FSU摄影服务)

  随着人们对宇宙的运作有了更多的了解,核物理学有了许多实际应用。对外来核的研究可以改善医学成像、基于放射疗法的癌症治疗、高精度工业测量等技术。

  自1960年成立以来,福克斯超导实验室一直处于物理学研究和教育的前沿。

  “自从64年前LeRoy Collins州长建立我们的实验室以来,我们一直是佛罗里达州国际卓越的灯塔,在整个期间,我们为佛罗里达州的科学卓越设定了非常高的标准,”联合首席研究员Paul Cottle教授说。

  这项拨款支持的FSU核物理项目是全国领先的本科和博士级核科学家教育机构之一,拥有数十年的领先科学遗产。

  “国家对核科学博士毕业生的需求正在增长,国家在很大程度上依赖于我们64年来的产出来满足这些核科学家的需求,”科特尔说。“我们谈论我们研究的应用。嗯,也许我们研究最重要的成果是我们的研究生,以及他们如何帮助国家推进核科学议程。”

  参与该项目的其他FSU物理学家包括助理教授Vandana Tripathi,助理教授Mark Spieker,副教授Sergio Almaraz-Calderon和教授Samuel Tabor。他们将与来自全国各地的研究人员合作,包括来自路易斯安那州立大学、俄亥俄大学、橡树岭国家实验室和劳伦斯利弗莫尔国家实验室的学生和教师。

  

  研究生Jake Davis, Bryan Kelly和Samuel Ajayi正在研究用CLARION2测量的伽马射线光谱。(Bill Lax/FSU摄影服务)

  

  分支比实验硅阵列(SABRE)的灯罩硅探测器,用于研究非束缚粒子的衰变

  与核天体物理学相关的Nances。SABRE是与路易斯安那州立大学的科学家合作建造的。(Bill Lax/FSU摄影服务)

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