Ouvrir les portes à la découverte | MSUAujourd’hui

Comment les scientifiques du FRIB créent des isotopes rares

Les scientifiques de FRIB pourront “regarder ce qui se passe dans presque tous les systèmes chimiques”, a déclaré Greg Severin, professeur adjoint de chimie à FRIB et au département de chimie de la MSU. Par exemple, ils peuvent entrevoir les courants océaniques à l’intérieur ou observer comment les plantes absorbent la nourriture avec un niveau de précision auparavant impossible.

Pour ce faire, les scientifiques doivent étudier ce qu’on appelle les isotopes rares – des versions d’éléments qui ont une combinaison instable de protons et de neutrons. Cela nécessite un faisceau puissant, composé de particules chargées, qui provoque l’accélération et la collision des atomes.

“L’une des mesures du potentiel de découverte est l’intensité du faisceau primaire, et FRIB aura le faisceau primaire le plus intense au monde”, a déclaré Thomas Glasmacher, directeur du laboratoire FRIB.

FRIB accélère les faisceaux primaires et les projette sur une cible. La collision crée une nouvelle combinaison d’isotopes rares, à partir de laquelle les scientifiques peuvent capturer des fragments pour des recherches ultérieures.

« FRIB est conçu pour diriger l’un de ces fragments jusqu’à l’endroit où la ligne de lumière se termine, à des centaines de mètres. “Les scientifiques peuvent alors examiner cet isotope particulier et étudier ses propriétés”, a déclaré Severin.

La science qui est destinée à changer la société et à améliorer des vies

FRIB peut fournir aux scientifiques environ 80% des isotopes dont l’existence est prévue dans l’univers – des milliers de plus que ce qui était auparavant considéré comme possible, dont la plupart ne se trouvent pas naturellement sur Terre. L’accès à ces isotopes soutient la mission principale de FRIB, qui est d’aider les scientifiques à répondre aux questions sur les éléments constitutifs de l’univers : ce qui nous unit, comment les éléments lourds sont arrivés ici et des détails inconnus sur le modèle standard de la physique des particules.

FRIB sert également un objectif secondaire. Les scientifiques pourront capturer le fouillis de fragments après chaque collision de particules pour de vastes utilisations potentielles, y compris des expériences et des recherches en médecine, en science des matériaux et en sciences de l’environnement. Selon Glasmacher, les trois quarts du faisceau suralimenté de FRIB passent devant sa cible (un disque de carbone en rotation) et s’arrêtent dans une “vide de faisceau” remplie de 5 000 gallons d’eau, où il se décompose en isotopes encore plus rares que les scientifiques peuvent utiliser pour améliorer la vie.

“Nous pouvons ensuite pomper l’eau dans des colonnes d’échange d’ions et séparer les isotopes qui sont utiles pour les humains”, a expliqué Glasmacher.

Des percées dans la médecine du cancer pourraient être à l’horizon. Les médecins utilisent déjà des isotopes radioactifs pour trouver des cellules cancéreuses malignes dans les scans TEP. Mais la médecine n’a pas encore exploité tout le potentiel des isotopes rares pour rechercher et attaquer certains cancers dans le corps. Les cellules malignes peuvent accumuler des éléments, comme le cuivre, qui sont des cibles plus compliquées que le glucose, et les isotopes rares peuvent aider les chimistes et les cliniciens à les retrouver.

“L’avantage de FRIB est que nous obtenons une plus grande variété de choix d’éléments différents et de modes de désintégration que nous pouvons utiliser pour faire l’imagerie et la thérapie”, a déclaré Severin.

Au-delà de la médecine, les scientifiques sont impatients d’utiliser des isotopes rares pour un large éventail de découvertes. Les phytologues pourront explorer les effets des isotopes rares sur la croissance des champignons, ce qui pourrait conduire à des découvertes sur la santé des sols et des applications pour l’agriculture. Les isotopes rares peuvent également être utilisés pour rechercher et développer de nouveaux matériaux pour tout, des produits pharmaceutiques aux sources d’énergie et de carburant alternatives. Et sur le front de la sécurité nucléaire, les scientifiques du FRIB pourront étudier des isotopes rares pour approfondir leur compréhension des réactions nucléaires sans avoir besoin d’essais d’armes.

Terre fertile à découvrir sur un campus universitaire

Il est rare qu’une installation utilisateur du DOE-SC soit située au cœur d’un campus universitaire, où des étudiants de différents niveaux d’études et domaines d’études peuvent croiser des scientifiques d’élite. Ce cadre, où des personnes d’horizons divers peuvent apporter leurs expériences uniques, est ce qui rend le FRIB si plein de potentiel en tant que foyer pour la science qui stimule la découverte.

C’est également “un moyen puissant de former la prochaine génération d’étudiants”, a déclaré Paul Guèye, professeur agrégé de physique nucléaire à la FRIB et au département de physique et d’astronomie de la MSU. “Être sur le campus signifie que les étudiants ont le FRIB dans leur cour”. Après avoir appris quelque chose en classe, ils peuvent mettre la main à la pâte en comprenant de nouveaux concepts et compétences.” Et cela s’applique, que leur majeure soit la physique des accélérateurs, l’ingénierie, le commerce ou le journalisme. Tous les étudiants de MSU auront une opportunité incroyable d’être exposés à la science en cours à FRIB.

Pour Guèye, façonner l’avenir de la physique nucléaire signifie également ouvrir des portes à une population plus diversifiée de scientifiques et de jeunes étudiants – et réécrire les règles de la manière dont les problèmes sont posés et résolus. Son travail visant à impliquer les élèves des collèges et lycées dans la recherche avec des scientifiques professionnels et à élargir les opportunités pour les groupes sous-représentés en physique nucléaire aide à jeter les bases de la science qui sera réalisée au FRIB.

Avec un tel potentiel à l’horizon, le débordement de l’énergie intellectuelle devrait également apporter de nouveaux investissements industriels au Michigan et générer une participation au niveau local dans les communautés entourant MSU. En fin de compte, FRIB est sur le point d’inaugurer une ère scientifique plus inclusive et connectée – une ère qui a le potentiel de changer notre compréhension du monde et la façon dont nous y vivons.

“Nous sommes impatients de voir comment nous pouvons engager même ceux qui pensent qu’ils ne peuvent pas contribuer à la science”, a déclaré Guèye. « Changer le monde est un travail d’équipe.

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