Почти весь кислород в нашей Вселенной куется в животиках массивных звезд вроде нашего Солнца. Как эти договора звезды и горят они отправились термоядерных реакций внутри их ядер, когда ядра углерода и гелия могут сталкиваться и сливаться в редкое хотя и существенная ядерная реакция, которая генерирует большую часть кислорода во Вселенной.
Скорость этого кислорода-генерации реакции был невероятно хитрым, чтобы придавить. Но если исследователи смогут получить достаточно хорошую оценку так называемого “радиационного захвата и реакция,” они могут начать работу ответы на фундаментальные вопросы, такие как отношение углерода к кислороду во Вселенной. Точная процентная ставка может также помочь определить, является ли взрыв звезды осядут в виде черной дыры или нейтронной звезды.
Теперь физики в лаборатории Массачусетского технологического института ядерных наук (Бен РАН) придумали экспериментального проектирования, которые могли бы помочь заколачивать скорость этого кислорода-генерации реакции. Этот подход требует тип ускорителя частиц, который еще строится, в нескольких местах по всему миру. У таких “multimegawatt” линейные ускорители могут обеспечить только правильные условия для выполнения oxgen-генерации реакции в обратном направлении, как бы поворачивая вспять звездообразования.
Исследователи говорят, что такая “обратная реакция” следует дать оценку скорости реакции, что на самом деле происходит в звездах, с более высокой точностью, чем ранее был достигнут.
“Описание работы по физик, чтобы понять мир, и сейчас мы не совсем понимаю, где кислорода во Вселенной, и, как кислорода и углерода”, — говорит Ричард Милнер, профессор физики в Массачусетском технологическом институте. “Если мы правы, это измерение поможет нам ответить на некоторые из этих важных вопросов в области ядерной физики относительно происхождения элементов”.
Милнер является соавтором в статье, опубликованной сегодня в журнале «физическое обозрение», вместе с ведущим автором и МИТ-ЛНС постдок Ивица Friščić и МИТ центр Теоретической физики, старший научный сотрудник т. Уильям Доннелли.
Стремительное падение
Радиационное скорость захвата реакция относится к реакции между углеродом-12 ядер и ядра гелия, также известного как альфа-частицы, что происходит внутри звезды. Когда эти два ядра сталкиваются, углеродного ядра фактически “захватывает” альфа-частицы, и в процессе возбуждается и излучает энергию в виде фотона. То, что осталось позади-это кислород-16 ядер, что в конечном итоге распадается в устойчивую форму кислорода, которая существует в нашей атмосфере.
Но шансы на это реакции, происходящие естественно в Звезде невероятно тонкий, из-за того, что обе альфа-частицы и углерода-12 ядер весьма положительно заряженные. Если они придут в тесный контакт, они, естественно, склонны к отражению, в то, что известно как кулоновские силы. К слиянию с образованием кислорода, пара бы столкнуться при достаточно высокой энергии, чтобы преодолеть силы кулоновского это — редкое явление. Такая чрезвычайно низкая скорость реакции будет невозможно обнаружить на уровнях энергии, которые существуют внутри звезд.
За последние пять десятилетий ученые пытались смоделировать радиационного захвата и реакция, в небольшой, но мощный ускоритель частиц. Они делают это путем встречных пучков гелия и углерода в надежде слияния ядер от обоих лучей, чтобы произвести кислород. Они были способны измерять такие реакции и расчета соответствующих ставок реакцию. Однако энергий, при которых такие ускорители столкновения частиц намного выше, чем то, что происходит в звезде, да так, что текущие оценки кислород-генерации скорость реакции трудно экстраполировать на то, что на самом деле происходит внутри звезд.
“Эта реакция довольно известный в высших энергий, но он падает стремительно, как вы идете вниз в энергии, к интересные астрофизические регионе” Friščić говорит.
Времени, в обратном порядке
В новом исследовании, команда решила воскресить прежние убеждения, чтобы произвести обратное кислорода-генерации реакции. Цель, по сути, является чтобы начать из газа кислорода и разделить ядра на его исходные ингредиенты: альфа-частицы и углерода-12 ядер. Команда рассудил, что вероятность реакции происходит в обратном направлении должно быть больше, и поэтому легче измерить, чем же запустить реакции вперед. Обратная реакция также должно быть возможным при энергиях ближе к энергетический диапазон в реальных звезд.
Для того, чтобы разделить кислорода, они нуждаются в высокой интенсивности пучка, с супер-высокой концентрацией электронов. (Чем больше электронов, которые бомбардируют облако атомов кислорода, тем больше шанс, что один электрон среди миллиардов есть только правильную энергию и импульс, чтобы наехать и разделить ядра кислорода.)
Идея возникла с коллегами из MIT научный сотрудник Женя Tsentalovich, который вел предлагаемого эксперимента в МИТ-Бейтс южный вестибюль накопитель электронов в 2000 году. Хотя эксперимент не был осуществлен в Бейтс ускоритель, который прекратил свою деятельность в 2005 году, Доннелли и Милнер чувствовал, мысль заслуживает быть исследованы подробно. С началом строительства следующего поколения линейных ускорителей в Германии и в Корнельском университете, имея возможность для получения пучков электронов достаточно высокой интенсивности, или ток, чтобы потенциально вызвать обратную реакцию, и приход Friščić Массачусетского технологического института в 2016 году, исследования начались.
“Возможности этих новых, высокоинтенсивных электронных машин, с десятками миллиампер тока, пробудили наш интерес к этому [обратная реакция мысли]”, — говорит Милнер.
Команды предложили провести эксперимент, чтобы произвести обратную реакцию, выстрелив пучком электронов, при насморке, сверхплотным облако кислорода. Если электрон успешно столкнулся с и расщепить атом кислорода, она должна разлететься с определенным количеством энергии, которую физики прогнозировалось ранее. Исследователи хотели выявить столкновениях с участием электрона в данном энергетическом диапазоне, и от них, они бы изолировать альфа-частиц, образующихся в последствии.
Альфа-частицы возникают при О-16 расщеплять атомы. Расщепление других изотопов кислорода также может привести к альфа-частиц, но они помчались чуть быстрее — около 10 наносекунд быстрее, чем альфа-частиц, образующихся в результате распада о-16 атомов. Так, команда рассуждали они бы изолировать эти альфа-частицы, которые были немного медленнее, немного короче “время полета”.
Затем исследователи могли вычислить скорость обратной реакции, учитывая, как часто более медленные альфа-частицы — и по доверенности, расщепление о-16 атомов — происходил. Затем они разработали модель, связывающую обратная реакция на прямых, прямой реакции образования кислорода, что, естественно, происходит в звездах.
“Мы по сути дела время-обратная реакция”, — говорит Милнер. “Если вы измеряете, что в точности мы говорим, вы должны быть в состоянии непосредственно извлечь скорость реакции, факторы, вплоть до 20 за то, что кто-нибудь сделал в этой области”.
В настоящее время, линейной accerator multimegawatt, Меса, строится в Германии. Friščić и Мильнер совместно с физиками там проектировать эксперимент, в надежде, что когда-то и работает, они могут поставить свой эксперимент в действии по-настоящему придавить скорость, с которой звезды отток кислорода во Вселенной.
“Если мы правы, и мы делаем это измерение, это позволит нам ответить, сколько углерода и кислорода образуется в звездах, которая является крупнейшим неопределенность, которую мы имеем в наше понимание того, как звезды эволюционируют”, — говорит Милнер.
Эти исследования проводились в лаборатории Массачусетского технологического института ядерной науки и была поддержана, в частности, американским Министерством энергетики ядерной физики.
