Ny teoribaseret evaluering giver et klarere billede af fusion i solen

Det meste af energien fra solen og andre stjerner kommer fra en kæde af kernefusionsreaktioner. Enden af ​​denne kæde er markeret ved fusionen af ​​protoner med beryllium-7 til dannelse af bor-8. Denne proces er nøglen til at bestemme strømmen af ​​højenergi-solneutrinoer, der når Jorden.

De lavenergiforhold, hvorunder disse reaktioner finder sted inde i solen, er nærmest umulige at reproducere i laboratorier på Jorden. Derfor er videnskabsmænd afhængige af teoretiske beregninger for at ekstrapolere hastigheden af ​​disse nukleare reaktioner fra de eksperimenter, de kan udføre på Jorden ved højere energi. Der er dog risiko for usikkerhed ved udførelse af disse ekstrapolationer. En ny protokol reducerer denne usikkerhed dramatisk.

En forskningsartikel om dette emne er offentliggjort i tidsskriftet Physics Letters B .

Den nye protokol giver forskere et bedre værktøj til at bestemme fusionshastigheden af ​​protoner med beryllium-7 ved lav energi ved hjælp af data fra eksperimenter udført ved højere energi. Resultatet stemmer statistisk overens med den aktuelt anbefalede værdi. Det reducerer også usikkerheden med en faktor på fem.

I fremtiden vil denne forbedring blive ledsaget af lignende forbedringer for andre kritiske reaktionshastigheder i solen. Dette vil udmønte sig i mere præcise forudsigelser baseret på standard solmodellen. Denne solmodel beskriver, hvordan solen og andre stjerner ændrer sig over tid. Slutresultatet vil være en forbedret forståelse af neutrinoegenskaber og solens indre ved hjælp af eksperimenter, der måler med høj præcision, hvordan neutrinoer dannes i solen og derefter bevæger sig til Jorden.

Inden for undersøgelsen gennemførte forskere en omfattende analyse af beryllium-7 plus protonsystemet og gav forudsigelser med kvantificerede usikkerheder for dets fusionstværsnit, der arbejder inden for rammerne af no-core shell-modellen med kontinuum, en første-princippet tilgang, der beskriver struktur og reaktionsegenskaber af lette kerner på samme fod. Brugen af ​​en række to- og tre-nukleon-interaktioner fra chiral effektiv feltteori såvel som flere rækkefølger af den chirale ekspansion åbnede et vindue til systemets universelle egenskaber som beskrevet af denne lavenergieffektive teori om kvantekromodynamik.

Forskerne har således demonstreret de underliggende egenskaber i den forudsagte fangsthastighed, hvilket muliggør kombinationen af ​​teoretiske beregninger og målinger til at frembringe en evalueret proton-beryllium-7 astrofysisk fangsthastighed på S17(0) =19,8 ± 0,3 eVb, hvilket stemmer overens med den pt. anbefalet værdi inden for usikkerheder, men præsenterer fejlbjælker, der er mindre med en faktor på 5.

Forskerne forventer, at den nye protokol, der kombinerer prædiktive beregninger (med kvantificerede usikkerheder) og eksperimentelle data etableret gennem dette arbejde, vil sætte en ny standard for evaluering af lys-ion astrofysiske reaktioner i områder, hvor eksperimentelle målinger ikke er mulige. For eksempel vil denne protokol hjælpe med undersøgelser af fusionen af ​​helium-3 med helium-4 og indfangning af protoner på nitrogen-14 i solen.

Flere oplysninger: K. Kravvaris et al., Ab initio informeret evaluering af strålingsindfangningen af ​​protoner på 7Be, Physics Letters B (2023). DOI:10.1016/j.physletb.2023.138156

Journaloplysninger: Fysik bogstaver B

Leveret af det amerikanske energiministerium