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    Come nascono gli elementi pesanti nell'universo

    Per la prima volta, la fusione di idrogeno e xeno è stata studiata alle stesse temperature che si verificano nelle esplosioni stellari utilizzando un anello di accumulo di ioni. Credito:Mario Weigand

    Gli elementi pesanti vengono prodotti durante l'esplosione stellare o sulla superficie delle stelle di neutroni attraverso la cattura di nuclei di idrogeno (protoni). Ciò si verifica a temperature estremamente elevate, ma a energie relativamente basse. Un gruppo di ricerca internazionale guidato dalla Goethe University è ora riuscito a studiare la cattura di protoni nell'anello di stoccaggio del GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung.

    Come riportano gli scienziati nell'attuale numero di Lettere di revisione fisica , il loro obiettivo era determinare con maggiore precisione la probabilità di una cattura di protoni in scenari astrofisici. Come spiega il Dr. Jan Glorius del dipartimento di ricerca di fisica atomica del GSI, hanno dovuto affrontare due sfide in questo sforzo:"Le reazioni sono più probabili in circostanze astrofisiche in un intervallo di energia chiamato finestra di Gamow. In questo intervallo, i nuclei tendono ad essere un po' lenti, rendendoli difficili da ottenere nell'intensità richiesta. Inoltre, la sezione d'urto, la probabilità di cattura del protone, diminuisce rapidamente con l'energia. Fino ad ora, è stato quasi impossibile creare le condizioni giuste in laboratorio per questo tipo di reazioni".

    René Reifarth, Già 10 anni fa il professore di astrofisica sperimentale dell'Università di Goethe suggerì una soluzione:le basse energie all'interno dell'intervallo della finestra di Gamow possono essere raggiunte in modo più preciso quando il partner di reazione pesante circola in un acceleratore in cui interagisce con un gas protonico stazionario. Ha ottenuto i primi successi nel settembre 2015 con un gruppo di ricercatori di Heimholtz all'inizio della carriera. Da allora, il suo team ha ottenuto un eccellente supporto dal professor Yuri Litvinov, che guida il progetto di ricerca ASTRUm al GSI, finanziato dall'UE.

    Nell'esperimento, il team internazionale ha prodotto per la prima volta ioni xeno. Sono stati decelerati nell'anello di stoccaggio sperimentale ESR e fatti interagire con i protoni. Ciò ha provocato reazioni in cui i nuclei di xeno hanno catturato un protone e sono stati trasformati in cesio più pesante, un processo simile a quello che si verifica negli scenari astrofisici.

    "L'esperimento fornisce un contributo decisivo per far progredire la nostra comprensione della nucleosintesi nel cosmo, " afferma René Reifarth. "Grazie all'impianto di accelerazione ad alte prestazioni di GSI, siamo stati in grado di migliorare la tecnica sperimentale per la decelerazione del partner di reazione pesante. Ora abbiamo una conoscenza più esatta dell'area in cui si verificano le velocità di reazione, che fino ad ora era stata solo teoricamente prevista. Questo ci permette di modellare più precisamente la produzione di elementi nell'universo".

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