O esforço para construir GRETA (Gamma-Ray Energy Tracking Array), uma matriz esférica de ponta de cristais de germânio de alta pureza que medirá os sinais de raios gama para revelar novos detalhes sobre a estrutura e o funcionamento interno dos núcleos atômicos, recebeu as principais aprovações necessárias para prosseguir para a construção completa.

GRETA, que também fornecerá novos insights sobre a natureza da matéria e como as estrelas criam elementos, deverá atingir a primeira fase de conclusão em 2023, e para atingir a conclusão final em 2025. Baseia-se no instrumento existente GRETINA (Gamma-Ray Energy Tracking In-beam Array), concluído em 2011, que apresenta menos cristais de detecção de raios gama. Os raios gama são muito energéticos, formas penetrantes de luz que são emitidas como núcleos atômicos instáveis ​​decaem em núcleos mais estáveis.

O Laboratório Nacional Lawrence Berkeley do Departamento de Energia dos EUA (Berkeley Lab) teve um papel de liderança na GRETINA e GRETA, e os físicos e engenheiros nucleares do Berkeley Lab estão trabalhando com equipes dos laboratórios nacionais de Argonne e Oak Ridge, e Michigan State University, no desenvolvimento do GRETA.

Na quarta-feira, 7 de outubro, 2020, Funcionários do DOE aprovaram marcos importantes para o projeto GRETA, incluindo o escopo do trabalho e seu cronograma, e os planos finais de engenharia de construção que guiarão o projeto até a conclusão. As etapas formais de aprovação são conhecidas como Decisão Crítica 2 e Decisão Crítica 3 (CD-2 e CD-3).

"As aprovações foram uma grande conquista para o projeto e para a equipe. Isso marca a conclusão bem-sucedida do design final, e demonstra que estamos prontos para construir o array, "disse Paul Fallon, O diretor do projeto GRETA e um cientista sênior da equipe da Divisão de Ciência Nuclear do Berkeley Lab. Uma próxima etapa importante é fabricar o complexo, esfera de alumínio de um metro de largura que abrigará os detectores.

Novo recurso de usuário colocará GRETA para funcionar

GRETINA, e depois GRETA, será instalado nas instalações da Michigan State University para feixes de isótopos raros (FRIB), quando essa instalação começar a operar em 2022. Em 29 de setembro, O FRIB foi oficialmente designado como o mais novo membro das instalações de usuário do DOE Office of Science. Existem agora 28 dessas instalações de usuário, que são acessíveis a cientistas de todo o país e de todo o mundo. Já, cerca de 1, 400 usuários científicos estão alinhados para participar de experimentos de física nuclear no FRIB assim que a instalação for inaugurada em 2022. Ainda em construção, O FRIB está cerca de 94% completo.

GRETINA está equipado com 12 módulos detectores e 48 cristais detectores, e GRETA irá adicionar mais 18 módulos de detectores, para um total de 30 módulos e 120 cristais. Espera-se que cerca de 18-20 módulos de detector sejam instalados no GRETA antes do final de 2024, com os módulos finais instalados em 2025.

Quando os feixes de isótopos raros produzidos na FRIB atingem um alvo fixo, eles podem sofrer uma variedade de reações nucleares. Essas reações podem produzir núcleos ainda mais exóticos que emitem uma sequência de raios gama, que fornecem informações sobre sua estrutura nuclear interna. Isótopos são variedades de elementos que têm o mesmo número de prótons carregados positivamente em seus núcleos, mas têm mais ou menos partículas não carregadas chamadas nêutrons em comparação com a forma padrão de um elemento.

GRETA cercará totalmente esses alvos para fornecer dados incrivelmente detalhados sobre a direção 3-D e a energia dos raios gama que se propagam por meio de seus detectores. A eletrônica ultrarrápida permitirá que os detectores capturem até 50, 000 sinais por segundo em cada cristal, e um cluster de computação dedicado realizará processamento de sinal em tempo real em até 480, 000 interações de raios gama por segundo que são detectadas na esfera GRETA.

O FRIB será equipado com um poderoso acelerador que pode produzir feixes de partículas a partir de elementos tão pesados ​​quanto o urânio, e terá a capacidade de criar e estudar mais de 1, 000 novos isótopos detonando alvos com feixes de alta energia.

GRETA é projetado para ser flexível, de modo que pode acomodar uma ampla gama de instrumentação para experimentos, e também móvel para que possa ser usado em diferentes locais experimentais na FRIB e outras instalações. "GRETA é otimizado para a ampla gama de ciências da FRIB, "Fallon disse, e também será usado no Argonne Tandem Linac Accelerator System (ATLAS) no Argonne National Laboratory.

GRETA será a chave para muitos experimentos no FRIB - cerca de dois terços dos objetivos de pesquisa planejados no FRIB usarão o detector GRETA, Fallon disse.

Os experimentos vão estudar núcleos nos extremos, e com maior sensibilidade

Entre seus usos estará o estudo das formas de isótopos mais ricas em nêutrons antes que se tornem instáveis. Este extremo é conhecido como linha de gotejamento de nêutrons, "já que representa a última forma estável de um isótopo antes de não poder mais transportar nêutrons, e seu núcleo começa a "pingar" ou emitir nêutrons.

GRETA também será usado para identificar núcleos que exibem formas de pêra. Esses experimentos ajudarão os cientistas a aprender os limites das propriedades mais extremas dos núcleos atômicos, fornecem dados importantes sobre sua criação, e identificar novos núcleos que testam nossa compreensão das interações e forças fundamentais da natureza que governam a estrutura da matéria.

Juntos, FRIB e GRETA terão sensibilidade de 10 a 100 vezes maior em experimentos de ciência nuclear do que seria possível usando aceleradores e detectores existentes, Fallon observou.

GRETA será construída, montado, e testado no Berkeley Lab antes de ser enviado para o FRIB. O Berkeley Lab liderou o desenvolvimento dos detectores para o projeto e é responsável por supervisionar sua entrega, e também lidera o projeto e a fabricação de eletrônicos de processamento de sinais da GRETA, Informática, e sistemas mecânicos; O Argonne Lab está desenvolvendo a eletrônica relacionada aos seus sistemas de gatilho e temporização; A Michigan State University é responsável por caracterizar o desempenho de seus detectores; e Oak Ridge Lab é responsável pelo processamento de sinal em tempo real para localizar as interações de raios gama dentro dos cristais GRETA.

Após a conclusão do GRETA, O Berkeley Lab continuará a desempenhar um papel em sua eletrônica, Informática, e atualizações, e na reconfiguração do instrumento para experimentos. Cerca de 25 cientistas e engenheiros do Berkeley Lab estão envolvidos no projeto GRETA, Fallon disse.