Дослідження походження елементів у Всесвіті дає нові ідеї

Ключова реакція в процесі повільного захоплення нейтронів, яка утворює елементи, відбувається рідше, ніж вважалося раніше.

наука

Процес повільного захоплення нейтронів (s-процес) — один із процесів нуклеосинтезу, що відбувається в зірках. У результаті приблизно половина елементів у Всесвіті важчі за залізо. У s-процесі беруть участь дві важливі реакції: неон-22 (альфа, гамма) і неон-22 (альфа, нейтрон). У цих реакціях насичений нейтронами Неон-22 захоплює альфа-частинки. Захоплення виробляє магній-26 у збудженому стані, тобто він отримав додаткову енергію. Потім він вивільняє енергію, випускаючи або гамма-промені, що призводять до магнію-26 у нормальному стані, або нейтрон, що призводить до магнію-25. Швидкість реакцій неон-22 (альфа, гамма) і неон-22 (альфа, нейтрон) значно впливає на s-процес. Це впливає на кількість таких елементів, як селен, криптон, рубідій, стронцій і цирконій.

Ізотоп неону (22Ne) захоплює альфа-частинку (α), утворюючи магній-26 (26Mg) у збудженому стані. Потім збуджений магній-26 вивільняє енергію, випускаючи гамма-промені (γ), що призводить до магнію-26, або нейтрона, що призводить до магнію-25. Авторство: зображення надано Дастіном Скрівеном, Техаський університет A&M

Вплив

Вчені намагаються відповісти на питання, яке походження елементів у Всесвіті? Відповідь надзвичайно складна. Це вимагає спільних зусиль дослідників у багатьох галузях і величезної кількості експериментальних даних. Частиною відповіді на це запитання є розуміння конкретних процесів, які створюють елементи, важчі за залізо. Деякі з цих елементів утворюються в результаті певних ядерних реакцій всередині зірок, які включають захоплення нейтронів (s-процес). Нейтрони нестабільні, і їх потрібно постійно виробляти, щоб підживлювати цей процес. Визначення інтенсивності реакцій джерела нейтронів є важливим для розуміння цього сценарію нуклеосинтезу.

Підсумки

Дві реакції мають сильний вплив на потік нейтронів під час s-процесу, 22Ne(α, γ)26Mg і 22Ne(α, n)25Mg. Імовірність виникнення цих реакцій важко виміряти безпосередньо, оскільки ці ймовірності (так звані перерізами реакції) є надзвичайно низькими при енергіях, відповідних для зоряного нуклеосинтезу. Команда фізиків-ядерників використовувала два непрямі методи для визначення ймовірностей обох реакцій. Обидва методи використовували 22-неоновий промінь, вироблений в Техаському університеті A&M Cyclotron Institute. В одному дослідженні команда виміряла ймовірність розпаду альфа-частинок найбільш релевантних збуджених станів 26-магнію. Інший експеримент включав прямі вимірювання коефіцієнтів розгалуження нейтронів/гамма-випромінювання для тих самих збуджених станів. Об’єднання цих досліджень привело дослідників до послідовного висновку: фактична ймовірність виникнення реакції 22Ne(α, n)25Mg у три рази нижча, ніж загальновизнана ймовірність. Це відкриття суттєво змінює остаточну кількість деяких елементів, таких як селен, криптон, рубідій, стронцій і цирконій, у кінцевому s-процесі.

посилання

Джаятісса, Х., та інші Обмеження ²²Ne(α,γ)²⁶Mg і ²²Ne(α,n)²⁵Швидкості Mg реакції з використанням субкулонівської α-реакції перенесення. Фізика Букви Б 802, 135267 (2020). [DOI: 10.1016/j.physletb.2020.135267]

Ота, С. та інші Властивості розпаду ²²Ne + α резонанси та їх вплив на s-процес нуклеосинтезу. Фізика Букви Б 802, 135256 (2020). [DOI: 10.1016/j.physletb.2020.135256]

Фінансування

Це дослідження було підтримано Управлінням науки Департаменту енергетики (DOE), Управлінням ядерної фізики; Національним управлінням ядерної безпеки через Центр передового досвіду ядерної підготовки та університетських досліджень (CENTAUR); та Інститут ядерних рішень Техаського університету A&M. Двох авторів також підтримав The Welch Foundation. Трьох авторів також підтримала Рада науково-технічних засобів Великобританії.