核物理学家的一个最大愿望终于实现了。据《自然》报道，经过几十年的等待，一部耗资9.42亿美元的加速器于5月2日在美国正式投入使用。相关实验将描绘原子核的未探索区域，并揭示恒星和超新星爆发如何创造宇宙中的大多数元素。
这一名为稀有同位素束流设施(FRIB)的加速器位于密歇根州立大学，于2014年开始建造、去年年底完工，其预算大部分由美国能源部资助。它取代了位于同一地点的美国国家科学基金会加速器，即国家超导回旋加速器实验室(NSCL)。
几十年来，核物理学家一直在推动建立一个比NSCL和全球类似加速器产生稀有同位素速度快几个数量级的设施。20世纪80年代末，科学家首次提出了该加速器的建议，并在90年代达成共识。理论核物理学家、FRIB首席科学家Witold Nazarewicz说：“核物理界的人士坚持认为，我们需要这样的工具。”
所有FRIB实验都将在地下开展。一种特定元素(通常是铀)的原子被电离后送入一个450米长的加速器，加速器会像回形针一样弯曲，以适应150米长的大厅。在管道末端，离子束将撞击一个石墨轮，石墨轮不断旋转以避免任何特定的位置过热。大多数原子核会穿过石墨，但有一部分会与其碳原子核碰撞。这导致铀原子核分裂成更小的质子和中子组合，而每个原子核都代表着不同的元素和同位素。
随后，由各种原子核组成的光束将被引导至地面的“碎片分离器”。分离器由一系列磁铁组成，后者会使每个原子核向右偏转，角度取决于其质量和电荷。通过微调，FRIB能为每个特定实验产生完全由一种同位素组成的光束。
最后，所需同位素可通过束流管到达实验大厅。FRIB科学总监、核物理学家Bradley Sherrill表示，就最稀有的同位素而言，生产率可能低至每周一个原子核，但FRIB将能够产生和研究几乎每种原子核。
FRIB一个独特之处是它有第二个加速器，可以接收稀有同位素并将其撞击到固定目标上，以模拟恒星或超新星内部发生的高能碰撞。
值得一提的是，FRIB未来将与日本、俄罗斯以及德国的类似加速器一道，对相关领域展开探索。
