Los investigadores han completado un hito importante en la construcción de la matriz de seguimiento de energía de rayos gamma (Greta), un detector de última generación diseñado para investigar los misterios del núcleo.
Construido a través de una colaboración dirigida por el Laboratorio Nacional de Lawrence Berkeley del Departamento de Energía de EE. UU., Con el apoyo de Argonne, Oak Ridge y la Universidad Estatal de Michigan, Greta representa el próximo salto en física nuclear.
Durante décadas, comprender cómo se comportaron los núcleos ha alimentado los avances tecnológicos que van desde escaneos de resonancia magnética hasta detectar enfermedades hasta capacidades nucleares para iluminar millones de hogares.
Sin embargo, los científicos reconocen que la pintura del núcleo, el corazón denso de los átomos, permanece incompleta.
Greta está listo para cambiarlo ofreciendo una visión sin precedentes del poder que une la materia.
Construir el microscopio nuclear más sensible del mundo
El proyecto Greta ha completado componentes centrales, incluidos 30 módulos de detector de ultra piergermanio, electrónica de precisión, estructuras de soporte finamente diseñadas y sistemas de computación de alto rendimiento.
Cuando está completamente operativo, Greta es 10-100 veces más sensible que su predecesor, lo que permite a los investigadores ver estructuras nucleares débiles que no se observaron previamente.
Cada módulo está construido a partir de cuatro cristales hexagonales de germanio, cuidadosamente fabricado y enfriado a temperaturas de enfriamiento.
Estos cristales son tan especializados que solo pueden producir algunos de ellos cada año, lo que hace de Greta una victoria de ingeniería a largo plazo.
El detector rodea el núcleo con una esfera completa, maximizando su capacidad para rastrear los rayos gamma. Una pequeña explosión de luz emitida cuando el núcleo fluye energía.
Desbloquear los secretos de los isótopos raros
Greta pronto será enviado a la rara instalación de haz de isótopos (FEB) de la Universidad Estatal de Michigan, donde los científicos chocarán con el material objetivo para crear isótopos exóticos.
Muchos de estos isótopos existen solo en fracciones de segundo, pero la sensibilidad de Greta permite a los investigadores medir sus propiedades en detalle.
Al examinar los rayos gamma emitidos cuando el núcleo excitado se establece en una forma estable, los científicos pueden revelar su forma, restricción de unión y vías de descomposición.
Esto incluye estudiar los bordes extremos de la estabilidad nuclear. La estabilidad nuclear y los protones no se pueden retener dentro del núcleo, lo que hace que los neutrones o protones «goteen».
Investigando los misterios básicos del universo
El significado del descubrimiento de Greta va mucho más allá del laboratorio. En las instalaciones de Atlas en Frib y Argonne, los investigadores usan Greta para estudiar núcleos en forma de pera que podrían revelar violaciones sutiles de simetría fundamental en la física.
Tales obras podrían ayudar a explicar uno de los misterios más profundos de la ciencia. ¿Por qué nuestro universo está formado por problemas en lugar de antimateria?
Además, Greta permite a los científicos replicar los procesos que tienen lugar dentro de la estrella.
Los físicos nucleares esperan comprender mejor cómo se formaron elementos más pesados que el hierro en eventos cósmicos como supernovas y colisiones de estrellas de neutrones al recrear las condiciones de las estrellas en la Tierra.
El matrimonio de la ingeniería y el poder informático
Detrás de las capacidades sobresalientes de Greta hay una compleja combinación de precisión de ingeniería y músculos computacionales.
El marco de aluminio del detector se construyó para acomodar una tolerancia de menos de un millón de pulgadas, con las dos mitades perfectamente alineadas cuando rodea el objetivo.
Diseñado con entradas clave de los científicos de Argonne, el sistema electrónico puede exceder los objetivos de diseño iniciales y manejar hasta 511,000 interacciones de rayos gamma por segundo.
Greta también integra un poderoso sistema de activación que se filtra a través de señales de inundación para capturar solo datos significativos.
La inteligencia artificial y los algoritmos de seguimiento avanzado se han aplicado para permitir que el equipo acomode las vastas corrientes de datos generadas por Greta para agudizar aún más el rendimiento.
De Gretina a Greta
Greta extiende un proyecto anterior conocido como Gretina, utilizando 12 módulos de germanio para rastrear los rayos gamma.
Estos detectores actualmente utilizados en Argonne se incorporan a Greta para completar una matriz esférica de 30 módulos.
Esta transición mejora enormemente la capacidad de los investigadores para reconstruir las rutas 3D de rayos gamma y construir imágenes más claras de comportamiento nuclear.
Al atrapar más rayos gamma en tiempo real, Greta no solo mejora la precisión, sino que también acelera el ritmo del descubrimiento. Un experimento que una vez tardó semanas en recopilar datos suficientes podría producir resultados en días.
Preparación para el primer experimento
Se espera que la instalación de Greta en FRIB se complete en 2026, y el primer experimento se lleva a cabo poco después.
Durante la próxima década, el equipo viajará entre las instalaciones y utilizará una variedad de vigas de partículas y condiciones experimentales.
El acelerador de Atlas de Argonne se presentará a Greta para 2028 o 2029, proporcionando oportunidades complementarias para la investigación estructural nuclear.
Greta también podría ser una de las primeras herramientas para utilizar la nueva tubería de datos de Delaria del DOE.
Esto permite a los científicos coordinar sus experimentos en el acto, mejorar drásticamente la eficiencia y maximizar el potencial de descubrimiento.
Próxima frontera en investigación nuclear
Con la llegada de Greta, los físicos nucleares están a punto de responder algunas de las preguntas más básicas sobre los núcleos y las fuerzas que los rigen.
Desde explicar cómo surgió el material en el universo hasta explorar los límites de la estabilidad nuclear, Greta promete ideas que pueden cambiar nuestra comprensión de la naturaleza en su nivel más profundo.
Como este tipo de detector de rayos gamma de vanguardia, el Greta es más que un instrumento. Es una nueva lente poderosa que permite a la humanidad explorar la estructura oculta de la materia y desatar los secretos del núcleo atómico uno rayos gamma a la vez.
Source link
