不起眼的中子如何帮助解开一些宇宙最深奥的谜团

科学家们正在释放中子的力量，以提高对日常材料的理解并解决物理学中的基本问题。

除了Netflix的热播剧“绝命毒师”可能会让人联想到的闪回之外，我们大多数人可能已经愉快地忘记了我们在学校化学课上学到的东西。

所以这里有一个快速复习：化学着眼于我们物理世界的构建块，例如原子，以及它们所经历的变化。原子由被电子云包围的质子和中子核组成。

释放中子

现在，对于一些高中化学可能没有教给我们的东西：不起眼的中子，存在于除氢以外的每个原子的原子核中，如果以正确的方式操纵，它可以揭示从气候危机和能源到健康和健康的一切事物。量子计算。

一种这样的方法是一个相当壮观的过程，称为散裂，高能粒子使原子核不稳定，进而释放出那里发现的一些中子。

当被利用时，这些新释放的中子可以像X射线一样用于绘制材料的内部结构图。

欧洲散裂源(ESS)目前正在瑞典隆德建设中，预计将于2027年上线。一旦达到全部规格，其前所未有的通量和光谱范围将使其成为科学领域最强大、用途最广泛的中子源在世界上。

ESS创新和工业主管吉米·宾德鲁普·安德森(JimmyBinderupAndersen)说，该设施的目的是“制造中子，一种中子束，用于科学目的。”

一旦该设施启动并运行，来自欧洲和世界其他地区的科学家将能够使用其15条不同的光束线进行基础研究。

不是X光

根据安徒生的说法，中子束“与X射线不同，但它是互补的，并且使用一些相同的物理定律。”

与X射线一样，中子可用于探测材料和生物系统。但是它们与高能X射线束中的光子以不同的方式与材料相互作用，因此提供有关其目标的不同类型的信息。

例如，中子束可以揭示锂离子电池的内部动力学，揭示古代文物中模糊的细节，或阐明细菌的抗生素耐药性机制。它们也可用于探索基础物理学。这几乎像是一个“他们不能做什么?”的案例。

中子轰击

作为由Andersen部分协调的BrightnESS-2项目的一部分，为ESS开发的技术与欧洲的工业共享，以造福整个社会。例如，为ESS光束线开发的一些电力系统可能对风力涡轮机等可再生能源技术有用。

最近，一家对中子源可以产生的辐射场感兴趣的欧洲半导体制造商联系了ESS。我们生活的世界不断受到中子的轰击，中子是来自外太空的高能粒子(例如来自太阳的宇宙射线)与地球大气层碰撞时产生的。随着时间的推移，这种暴露会损坏电子元件。

ESS可以模拟这种中子轰击，但时间尺度要快得多，使其能够用于测试关键电气部件的耐久性，例如飞机、风力涡轮机和航天器中使用的部件。

现在，ESS正在与其他研究机构和公司合作，寻找未来可能使用像ESS这样的设施来解决此类特定行业需求的方法。

ESS2.0

尽管ESS仍在建造中，但科学家们已经在着手对该设施进行升级。

当ESS首次开放时，它将有一个调节器，但HighNESS项目正在开发第二个调节器系统。减速剂会将散裂过程中产生的中子减慢到科学仪器可以使用的能量水平。

“中子能量在中子设施中确实很重要，因为根据中子能量，你可以进行不同种类的物理，”HighNESS项目协调员ValentinaSantoro说。

虽然第一个减速器将提供高亮度，这是一束非常聚焦的中子，但HighNESS项目正在开发的源将提供高强度，换言之，大量的中子。

这两种调节剂将使科学家能够探索聚合物、生物分子、液态金属和电池等材料的动力学和结构的不同方面。

根本之谜

第二个慢化剂还将使基础物理学的探索成为可能，以尝试并首次看到中子变成反中子。

“这非常有趣，因为你观察到物质变成反物质的现象，”ESS的粒子物理学家桑托罗说。“如果你观察到类似的东西，你就能理解最大的未解之谜之一：为什么宇宙中的物质多于反物质。”

桑托罗说，这个实验只能在ESS上进行，因为它需要大量的中子，而ESS将拥有世界上最多的中子。

“你只需要一个中子变成反中子，就是这样，你已经发现了物质变成反物质的过程，”桑托罗说。