Скромный нейтрон скоро станет более мощным, чем когда-либо

Jun 04, 2023

Нейтроны обладают огромным потенциалом для развития науки в различных областях.

Для производства свободных нейтронов, необходимых для научных экспериментов, в Швеции строится новая установка.

Этот объект будет использоваться для исследования вопросов в таких областях, как визуализация, материаловедение и исследование антиматерии.

Нейтроны — своего рода незамеченные герои в квантовом мире. Они не заряжены, не летают вокруг, и мы даже не считаем их атомные номера, хотя они составляют значительную часть массы атома.

Но они абсолютно критичны. Без них ничего бы не существовало. Нейтроны позволяют протонам, которые обычно отталкиваются друг от друга, группироваться в ядре и создавать атом, из которого состоит практически все остальное. (За исключением водорода: одному протону не нужен нейтрон, чтобы противодействовать ему.)

Нейтроны не только важны, но и полезны. Настолько полезно и настолько широко полезно, что в Швеции в настоящее время строится целый исследовательский центр под названием «Европейский источник расщепления» (ESS). Его цель — увидеть, какую пользу мы можем получить от нейтронов, создав пучок частиц, который можно будет использовать в различных научных целях.

ESS носит описательное название, поскольку ключом к использованию нейтронов во многих науках является процесс, называемый расщеплением. Это включает в себя взрыв ядер атомов частицами высокой энергии, так что атом дестабилизируется, а некоторые нейтроны отлетают и становятся свободными. Свободные нейтроны также образуются в результате взаимодействия космических лучей с нашей атмосферой, а также в результате некоторой естественной радиоактивности Земли.

Итак, как только нейтроны станут свободными, какие научные разработки здесь ждут?

Ну, это зависит от того, какой инструмент вы хотите использовать. Когда ESS заработает, первоначально в ней будет размещено 15 нейтронных приборов (многие из которых имеют очень хорошие названия, такие как ODIN, BEER, T-REX и BIFROST), каждый из которых будет настроен для использования нейтронов по-своему.

Один прибор, например, будет работать над визуализацией — не совсем необычными рентгеновскими лучами, но достаточно близко. Правильно сфокусировав луч свободных нейтронов, вы сможете видеть объект насквозь. Это не революционно само по себе, но природа нейтронов означает, что вы можете видеть другие вещи, чем вы могли бы увидеть с помощью рентгеновского луча. Кроме того, зачастую визуализацию можно сделать, не повредив объект, что крайне важно для изучения таких вещей, как очень хрупкие древние свитки.

Другой инструмент будет использоваться для эффективного создания реальных замедленных съемок воздействия свободных нейтронов на объекты, которые могут быть повреждены в результате многократного воздействия этих частиц. Мы знаем, что свободные нейтроны могут со временем привести к ухудшению состояния электрических компонентов, и возможность проверить долгосрочные последствия этого воздействия в лаборатории позволит производителям научиться создавать более устойчивые к нейтронам компоненты.

И, что потенциально наиболее интересно, через несколько лет после открытия ESS, когда она будет усовершенствована еще больше, установка начнет искать момент, когда нейтрон переходит из материи в антиматерию.

«Если вы наблюдаете что-то подобное, — заявила в пресс-релизе Валентина Санторо, физик элементарных частиц из ESS, — вы можете понять одну из величайших неразгаданных загадок: почему во Вселенной больше материи, чем антиматерии».

«Вам нужен всего лишь один нейтрон, который станет антинейтроном, и все, вы обнаружили процесс, в котором материя становится антиматерией», — добавил Санторо.

У нас есть некоторое время, прежде чем ESS сможет начать свою работу — установку планируется запустить в эксплуатацию в 2027 году, а эксперименты с антивеществом не планируется начинать даже после этого. Но как только он заработает, будьте осторожны. Нейтрон вот-вот покажет нам, почему его нельзя недооценивать.

Вам также может понравиться

Что можно и чего нельзя делать при использовании малярного скотча

Лучшие портативные грили-барбекю для приготовления пищи где угодно