با هدف شماره 9: CASPAR فلوئور را در اجرای علمی جدید هدف قرار می دهد

توسط مایک ری، مرکز تحقیقات زیرزمینی سانفورد

ویرایش شده توسط Sadie Harley، بررسی توسط Robert Egan

این مقاله با توجه به روند و سیاست های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

سیستم شتاب دهنده فشرده برای انجام تحقیقات اخترفیزیکی (CASPAR) شرایط درون ستارگان را بازسازی می کند تا چگونگی ساخت عناصر را مطالعه کند. آزمایش اخیرا با یک هدف جدید - نهمین عنصر جدول تناوبی، فلوئور، دوباره شروع شد.

لیا زیمر، دکترای تخصصی، گفت: «چیزی که من در مورد فلوئور بسیار جالب می‌دانم این است که فکر می‌کنیم واکنشی که این عنصر را ایجاد کرد، در اوایل کیهان در درون ستاره‌ها رخ داد. کاندیدای فیزیک در دانشگاه نوتردام که از CASPAR برای مطالعه چگونگی تشکیل فلوئور در ستارگان اولیه استفاده می کند. ما واقعا علاقه مند به مطالعه برهمکنش‌های فلوئور هستیم، زیرا می‌تواند تکه‌ای از پازل چگونگی تشکیل اولین ستاره‌ها در اوایل جهان باشد.»

عناصر توسط گرما و فشار شدید درون ستارگان ساخته می شوند که در واکنش های همجوشی پروتون ها و نوترون ها را به هم می کوبند. عناصری با کوچکترین اعداد اتمی مانند هیدروژن و هلیوم اولین بلوک های ساختمانی در این دنباله را تشکیل می دهند. با اضافه شدن پروتون ها و نوترون های بیشتری به دیگ های کیهانی، اعداد اتمی افزایش می یابد تا عناصر سنگین تری تشکیل شود.

CASPAR می تواند این واکنش های ستاره ای را تقلید کند. شتاب دهنده ذرات کوچک تقریبا یک مایل زیر زمین در مرکز تحقیقات زیرزمینی سنفورد (SURF) قرار دارد. این می‌تواند پروتون‌ها را به اهداف تخصصی خرد کند تا انواع شرایطی را که عناصری مانند فلوئور را تشکیل می‌دهند، دوباره ایجاد کند.

دان رابرتسون، محقق اصلی CASPAR و استاد پژوهشگر در گروه فیزیک و نجوم در دانشگاه نوتردام گفت: «CASPAR به ما کمک می‌کند تا محیط ستاره‌ای را بهتر درک کنیم: چه عناصری تولید می‌شوند، چگونه تولید می‌شوند، چه انرژی تولید می‌کنند و شرایطی که می‌توانیم آن‌ها را بازآفرینی کنیم تا اطلاعاتی در مورد درون ستارگان به ما بدهد.»

به نظر می رسد فلوئور یک عنصر کلیدی در این فرآیند است. هر چند وقت یکبار، تعامل با فلوئور به تولید عنصر کمک می کند تا از چرخه عناصری که برخی از ستارگان در آن گیر می کنند فرار کنند. در این موارد، کربن، نیتروژن و اکسیژن به طور مکرر تولید و سپس از بین می روند. این فرآیند که چرخه CNO نامیده می شود، می تواند تشکیل عناصر سنگین تر را متوقف کند.

رابرتسون گفت: «اما فلوئور یکی از این واکنش‌های ناگهانی است که در شرایط خاص، می‌تواند از کربن، نیتروژن، اکسیژن، بم، مستقیما از طریق فلوئور و به عناصر سنگین‌تر بپرد.»

حتی با وجود یک شتاب‌دهنده ذرات فعال در آزمایشگاه زیرزمینی، بازآفرینی محیطی که فلوئور در آن تشکیل می‌شود بسیار ساده‌تر از انجام آن است. به عنوان بخشی از دکترای او. در تحقیقات، زیمر مجبور شد هدف مبتنی بر فلوئور را برای شتاب‌دهنده بسازد. این فرآیند شامل یک سال و نیم آزمون و خطا، هزاران بار در داخل یک شتاب دهنده سطحی و حتی آماده سازی نمونه با اسید هیدروفلوئوریک بود.

زیمر گفت: "به نظر من چیزهای عملی واقعا جالب هستند. انجام کاری که در آن بتوانید نتایج کاری را که انجام داده اید ببینید، لذت زیادی دارد."

"در ساخت اهداف، من توانستم کل فرآیند را از شروع با ورقه های فلزی تا مرحله آزمایش طی کنم، همه چیز را به اندازه کوچک کنم، تمیز کنم، فقط تمام این مراحل و تکنیک ها را یاد بگیرم، سپس آن طرف آن را با اجرای خود شتاب دهنده ها ترکیب کنم. این یک فرصت منحصر به فرد است."

CASPAR می تواند بارها و بارها این فرصت منحصر به فرد را برای دانشجویان بازسازی کند. بخشی از هدف این آزمایش، آموزش نسل بعدی اخترفیزیکدانان و فیزیکدانان هسته ای است.

رابرتسون با خنده گفت: «یکی از چیزهای خوب در مورد CASPAR این است که ما می‌توانیم این ماژول‌ها را برای دانشجویان فارغ‌التحصیل در نظر بگیریم تا تجربه کامل را داشته باشند، خواه ناخواه.» دانش‌آموزانی مانند لیا می‌توانند همه چیز را از مهندسی مکانیک، شیمی، علم مواد و حتی چرخاندن آچارها به‌عنوان میمون گریس، تا اخترفیزیک، تجزیه و تحلیل داده‌ها، مدیریت محاسباتی و انتشارات علمی انجام دهند.»

برای دانش‌آموزان، ساعت‌های خسته‌کننده‌ای که در آزمایشگاه صرف آماده‌سازی نمونه‌ها یا تجزیه و تحلیل داده‌ها می‌شود، می‌تواند نتایج را به همراه داشته باشد. درک بهتر از چگونگی شکل گیری عناصر در ستارگان، اخترفیزیک بهتری را به همراه دارد.

زیمر گفت: "این کار تاثیری دارد، حتی اگر تاثیر کمی بر جامعه اخترفیزیک داشته باشد. برای درک این موضوع چیزی است که ممکن است روزی کسی واقعا از آن برای چیزی استفاده کند، فقط فکر می کنم هم جالب و هم ارزشمند است."

نظریه پردازان هم از مشاهدات نجومی و هم از داده های تجربی برای پیشبرد علم استفاده می کنند. CASPAR در یک رابطه همزیستی با قوی ترین تلسکوپ هایی که تا کنون ساخته شده است زندگی می کند. کار زیرزمینی در SURF توسط محققانی مانند زیمر می‌تواند بینش جدیدی در مورد داده‌ها و تصاویر جمع‌آوری‌شده از کیهان اولیه - اولین ستاره‌ها و کهکشان‌ها - به دست دهد.

رابرتسون گفت: "در اصل، این مانند سه پایه مدفوع است. مشاهده، آزمایش و تئوری همه با هم کار می کنند و از یکدیگر حمایت می کنند."

ستاره شناسانی که از تلسکوپ هایی مانند تلسکوپ فضایی جیمز وب استفاده می کنند، متوجه مقادیری از عناصر سنگین تر مانند کلسیم در غلظت های بالاتری نسبت به مدل های فعلی شده اند که در ستارگان اولیه پیش بینی می کنند. برای تجربی‌دانانی مانند زیمر، این فرصتی برای پر کردن شکاف در درک است.

زیمر گفت: «و بنابراین، اگر در مطالعه این موضوع، متوجه شدم که واکنش فلوئور کمی قوی‌تر از آنچه مدل فعلی می‌گوید است، می‌تواند منجر به نرخ کلسیم بالاتری نسبت به آنچه انتظار داشتید را ببینید، و این بینشی را در مورد آنچه در آن ستارگان می‌گذرد به دست می‌دهد.»

فلوئور عنصر شماره 9 است—109 عنصر سنگین تر در جدول تناوبی وجود دارد. همه آنها پیچیدگی یکسانی در شکل گیری خود ندارند، اما با توجه به چیزهای زیادی برای یادگیری در مورد این موضوع، CASPAR در سال های آینده برای کشف فرآیندهایی که عناصر را ساخته اند - و به نوبه خود، همه ما را ساخته اند، کار کم ندارد.

جدیدترین داده‌های اجرا شده در CASPAR اوج کار سخت دو سال گذشته توسط تیم آزمایش، تیم زیرساخت، متولیان آزمایشگاه، خدمه شفت و خدمه تعمیر و نگهداری زیرزمینی در SURF است.

مارک هانهارت، دانشمند پشتیبانی آزمایشی در SURF در CASPAR و دکترای دکترا، گفت: "آنها کارهای زیادی برای آماده کردن پردیس راس برای ما انجام داده اند. رسیدن به اینجا بسیار طول کشیده است. ما برای این نقطه عطف سپاسگزاریم." کاندیدای دپارتمان فیزیک در معادن داکوتای جنوبی.

ارائه شده توسط مرکز تحقیقات زیرزمینی سانفورد

کارشناسی علوم زیستی و اکولوژی. پیشینه آزمایشگاه میکروبیولوژی با تجربه اخبار دارویی در صنایع نفت، گاز و تجدیدپذیر. نمایه کامل →

لیسانس زیست شناسی ریاضی، کارشناسی ارشد در نوشتن خلاق. خوش سفر با دیدگاه های منحصر به فرد در علم و زبان. نمایه کامل →