La maggior parte delle reazioni nucleari che guidano la nucleosintesi degli elementi nel nostro universo si verificano in condizioni di plasma stellare molto estreme. Questo intenso ambiente trovato nelle profondità interne delle stelle ha reso quasi impossibile per gli scienziati eseguire misurazioni nucleari in queste condizioni, fino ad ora.

In una collaborazione interdisciplinare unica tra i campi della fisica del plasma, astrofisica nucleare e fusione laser, un team di ricercatori tra cui scienziati del Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), Università dell'Ohio, il Massachusetts Institute of Technology (MIT) e il Los Alamos National Laboratory (LANL), descrivono esperimenti eseguiti in condizioni simili a quelle degli interni stellari. I risultati del team sono stati pubblicati oggi da Fisica della natura .

Gli esperimenti sono le prime misurazioni termonucleari delle sezioni d'urto delle reazioni nucleari - una quantità che descrive la probabilità che i reagenti subiscano una reazione di fusione - in condizioni di plasma ad alta densità di energia che sono equivalenti ai nuclei in fiamme di stelle giganti, cioè 10-40 volte più massiccio del sole. Queste condizioni estreme del plasma vantano densità di isotopi di idrogeno compresse da un fattore di mille a quelle del piombo solido e temperature riscaldate a ~50 milioni di Kelvin. Queste sono anche le condizioni nelle stelle che portano alle supernovae, le esplosioni più massicce dell'universo.

"Di solito, questi tipi di esperimenti di astrofisica nucleare vengono eseguiti su esperimenti di acceleratore in laboratorio, che diventano particolarmente impegnative alle basse energie spesso rilevanti per la nucleosintesi, " ha detto il fisico LLNL Dan Casey, l'autore principale della carta. "Poiché le sezioni trasversali di reazione diminuiscono rapidamente con la diminuzione dell'energia del reagente, le correzioni dello screening degli elettroni legati diventano significative, e le sorgenti di fondo terrestri e cosmiche diventano una grande sfida sperimentale".

Il lavoro è stato condotto presso il National Ignition Facility (NIF) di LLNL, l'unico strumento sperimentale al mondo in grado di creare temperature e pressioni come quelle che si trovano nei nuclei delle stelle e dei pianeti giganti. Utilizzando l'approccio dell'azionamento indiretto, Il NIF è stato usato per guidare l'implosione di una capsula piena di gas, riscaldare le capsule a temperature straordinarie e comprimerle ad alte densità dove possono verificarsi reazioni di fusione.

"Uno dei risultati più importanti è che abbiamo riprodotto misurazioni precedenti effettuate su acceleratori in condizioni radicalmente diverse, " ha detto Casey. "Questo stabilisce davvero un nuovo strumento nel campo dell'astrofisica nucleare per studiare vari processi e reazioni che potrebbero essere difficili da raggiungere in qualsiasi altro modo".

"Forse la cosa più importante, questo lavoro pone le basi per potenziali test sperimentali di fenomeni che possono essere trovati solo nelle condizioni estreme di plasma degli interni stellari. Un esempio è lo screening di elettroni al plasma, un processo che è importante nella nucleosintesi ma non è stato osservato sperimentalmente, " ha aggiunto Casey.

Ora che il team ha stabilito una tecnica per eseguire queste misurazioni, team correlati come quello guidato da Maria Gatu Johnson al MIT stanno cercando di esplorare altre reazioni nucleari e modi per tentare di misurare l'impatto degli elettroni del plasma sulle reazioni nucleari.