Международная команда во главе с Университетом Гете в Германии успешно преобразовала ионы ксенона в тяжелый элемент цезий. Результаты, которые появились в физических обзорных письмах, были первыми, чтобы воспроизвести это явление в контролируемой среде.

Дело в звездной пыли

Нуклеосинтез относится к созданию атомных ядер, или в широком смысле, элементов. По мнению астрофизиков, этот процесс впервые был замечен на ранних стадиях развития Вселенной. В его младенчестве температура Вселенной была настолько высока, что произошел ядерный синтез, создав первые звезды. Когда звезды старели, они производили другие элементы в качестве побочного продукта, от лития до кремния и железа – процесс, известный как звездный нуклеосинтез.

Когда он производит железо, звезда, как говорят, находится на последней фазе своей жизни, после чего она взорвется и станет сверхновой.

Сверхновая позволяет синтезировать новые ядра (и новые элементы тяжелее железа) из-за потока нейтронов, и эти тяжелые элементы будут отправлены через пространство, которое однажды упадет на Землю. Эти элементы позже станут частью всего на планете, включая ваше тело.

Стремясь к звездам

Подобно сверхновым звездам, нейтронные звезды — особенно слияния нейтронных звезд — также создают условия для образования тяжелых элементов, известных как низкоэнергетический захват протонов. Это состояние, называемое окном Гамова, имеет температуру выше 1 гигакельвина (1,8 миллиарда градусов по Фаренгейту), но относительно низкую энергию. Ученые хотели воссоздать его, чтобы увидеть, может ли окно Гамова индуцировать синтез тяжелого элемента.

Эти реакции наиболее вероятны в астрофизических условиях в энергетическом диапазоне, называемом окном Гамова. В этом диапазоне ядра имеют тенденцию быть несколько медленными, что затрудняет их получение с требуемой интенсивностью — объяснил д-р Ян Глориус из отдела исследований атомной физики GSI.

Рене Рейфарт, профессор экспериментальной астрофизики в Университете Гете, предположил, что экспериментальное накопительное кольцо Гельмгольца (ESR) может воссоздать такую реакцию. Он рекомендовал, чтобы тяжелый партнер реакции циркулировал в ускорителе, где он взаимодействовал бы со стационарным протонным газом. Этот эксперимент оказался настолько успешным, что финансируемый ЕС исследовательский проект в GSI также выразил поддержку исследованиям Рейфарта.

Эксперимент по нуклеосинтезу

В ходе эксперимента исследователи подготовили ионы ксенона, которые, по их прогнозам, могли захватывать протоны из протонного облака. Затем команда замедлила эти ионы в ЭПР, где они столкнулись с протонным газом. Ксеноновые ядер захваченных протонов. В процессе они трансформировались в другой, более тяжелый элемент: цезий. Это почти точное воспроизведение того, что происходит в Астрофизическом сценарии, например, в ядре Солнца или на поверхности нейтронной звезды.

«Эксперимент вносит решающий вклад в продвижение нашего понимания нуклеосинтеза в космосе”, — говорит Рейфарт. «Благодаря высокоэффективной ускорительной установке в GSI, мы смогли улучшить экспериментальную технику для замедления тяжелой реакции партнера. Теперь у нас есть более точные знания о области, в которой происходят скорости реакции, которые до сих пор были только теоретически предсказаны. Это позволяет нам более точно моделировать производство элементов во Вселенной.”