FRIB, une installation de recherche nucléaire pionnière de la Michigan State University, a considérablement fait progresser notre compréhension des noyaux atomiques en produisant plus de 210 isotopes rares depuis sa création en 2022. Son équipement de pointe permet de réaliser des expériences complètes en physique nucléaire, contribuant ainsi à à la collaboration scientifique et à l’innovation mondiales. (Concept de l’artiste.) Crédit : Issues.fr.com
Les installations du ministère de l’Énergie aident à explorer des questions allant des changements dans la structure des noyaux aux réactions nucléaires qui façonnent l’Univers.
L’Installation de faisceaux d’isotopes rares (FRIB) permet des découvertes dans la science des noyaux atomiques, de leur rôle dans le cosmos et des symétries fondamentales de la nature. Cet accélérateur utilise des faisceaux de noyaux à durée de vie courte qui ne sont disponibles nulle part ailleurs. Les résultats de FRIB abordent des questions telles que les limites de la carte nucléaire, l’origine des éléments et la raison pour laquelle il y a plus de matière que d’antimatière dans notre Univers.
Au cours de la première année du FRIB, ses mesures ont porté sur les changements dans la structure des noyaux à durée de vie la plus courte, les modes de désintégration exotiques, les réactions nucléaires qui affectent les événements cosmiques tels que les sursauts de rayons X et les processus dans les croûtes des étoiles à neutrons.
Réalisations opérationnelles et portée mondiale de FRIB
FRIB, sur le campus de la Michigan State University, est la toute dernière installation utilisateur scientifique du Bureau des sciences du Département de l’énergie (DOE), programme de physique nucléaire. Il compte plus de 1 800 utilisateurs enregistrés.
Depuis le début de ses opérations en mai 2022, FRIB a fabriqué plus de 210 isotopes rares à des fins expérimentales. FRIB a accompagné 639 participants, dont 177 étudiants, à travers 46 expériences, 180 institutions et entreprises et 50 pays. À l’avenir, la large gamme de noyaux suscitera également de nouvelles applications. Trois articles ont déjà été publiés à partir de la première mesure FRIB, et de nombreux autres seront publiés lors des analyses ultérieures.
Isotopes fournis pour les expériences au FRIB. Ce graphique représente tous les isotopes connus en fonction de leur composition en nucléons (neutrons et protons). Crédit : Andreas Stolz (FRIB)
Capacités technologiques et innovations expérimentales de FRIB
Les isotopes rares sont produits par fragmentation ou fission de faisceaux primaires stables à 50 % de la vitesse de la lumière. Les ions de n’importe quel élément stable peuvent être accélérés dans l’accélérateur linéaire radiofréquence supraconducteur de FRIB jusqu’à au moins 200 MeV/nucléon.
Suite à la collision du faisceau primaire avec une cible, les isotopes rares d’intérêt produits sont sélectionnés avec le séparateur de fragments du FRIB et guidés vers des zones expérimentales où les noyaux à vie courte peuvent être soit utilisés directement comme faisceaux rapides pour des réactions, soit arrêtés dans des systèmes de détection qui mesurer leurs désintégrations, ou ralentis dans une cellule à gaz et utilisés dans des expériences de précision après extraction ou transformés en faisceaux réaccélérés de qualité immaculée avec des vitesses allant de 2,5% à au moins 11% de la vitesse de la lumière.
Les premières expériences ont utilisé l’initiateur de la station de désintégration FRIB pour la spectroscopie de désintégration des isotopes rares, le système de détection des rayons gamma GRETINA au spectrographe S800 pour les études de réaction, le séparateur de fragments FRIB pour la découverte de nouveaux isotopes et la zone des cellules à gaz pour purifier le faisceaux pour la spectroscopie de désintégration au-delà de la ligne d’égouttement de protons. Ce travail a été réalisé grâce à des collaborations d’expérimentateurs et de théoriciens des États-Unis et du monde entier.
Cette recherche a été soutenue par le Bureau des sciences du Département de l’énergie, Bureau de physique nucléaire.
