Hvor tunge elementer opstår i universet

Tunge elementer dannes under stjernens eksplosion eller på overflader af neutronstjerner gennem indfangning af brintkerner (protoner). Dette sker ved ekstremt høje temperaturer, men ved relativt lave energier. Det er nu lykkedes et internationalt forskerhold ledet af Goethe University at undersøge fangst af protoner ved lagringsringen i GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung.

Som forskerne rapporterer i det aktuelle nummer af Fysisk gennemgangsbreve , deres mål var at bestemme mere præcist sandsynligheden for en protonoptagelse i astrofysiske scenarier. Som Dr. Jan Glorius fra GSI atomfysisk forskningsafdeling forklarer, de stod over for to udfordringer i denne bestræbelse:"Reaktionerne er mest sandsynlige under astrofysiske omstændigheder i et energiområde kaldet Gamow -vinduet. I dette område, kerner har en tendens til at være noget langsomme, hvilket gør dem svære at opnå i den krævede intensitet. Ud over, tværsnittet - sandsynligheden for protonfangst - falder hurtigt med energi. Indtil nu, det har været næsten umuligt at skabe de rigtige betingelser i et laboratorium for denne slags reaktioner. "

René Reifarth, Professor for eksperimentel astrofysik ved Goethe University foreslog en løsning allerede for 10 år siden:De lave energier inden for Gamow -vinduesområdet kan nås mere præcist, når den tunge reaktionspartner cirkulerer i en accelerator, hvor den interagerer med en stationær protongas. Han opnåede indledende succeser i september 2015 med en gruppe Heimholtz -forskere fra tidlige karriere. Siden da, hans team har opnået fremragende støtte fra professor Yuri Litvinov, der leder det EU-finansierede forskningsprojekt ASTRUm på GSI.

I forsøget, Det internationale team producerede først xenonioner. De blev bremset i den eksperimentelle lagringsring ESR og fik til at interagere med protoner. Dette resulterede i reaktioner, hvor xenonkernerne fangede en proton og blev omdannet til tungere cæsium - en proces som den, der forekommer i astrofysiske scenarier.

"Eksperimentet yder et afgørende bidrag til at fremme vores forståelse af nukleosyntese i kosmos, "siger René Reifarth." Takket være den højtydende acceleratorfacilitet på GSI, vi var i stand til at forbedre den eksperimentelle teknik til at bremse den tunge reaktionspartner. Vi har nu mere præcis viden om det område, hvor reaktionshastighederne forekommer, som indtil nu kun var blevet teoretisk forudsagt. Dette giver os mulighed for mere præcist at modellere produktionen af ​​elementer i universet. "