Immagine a tempo di ripresa da un esperimento NIF per studiare la nucleosintesi stellare. Le reazioni solari 3He-3He stanno avvenendo nel centro luminoso dell'immagine, dove le condizioni stellari molto calde e molto dense vengono create facendo esplodere una piccola capsula di plastica riempita di gas a 10 volte la pressione atmosferica con 192 raggi laser ad alta potenza. Alcuni dei raggi laser focalizzati possono essere visti entrare dai lati superiore e sinistro dell'immagine. Credito:Don Jedlovec, LLNL
In una giornata tipo al laser più grande del mondo, il National Ignition Facility (NIF) a Livermore, California, puoi trovare scienziati che creano casualmente condizioni simili a stelle usando 192 laser ad alta potenza. Le stelle nell'universo si formano attraverso un processo chiamato nucleosintesi, che fonde atomi più leggeri per creare nuovi nuclei atomici più pesanti. Elementi naturali trovati qui sulla Terra, come elio e alluminio, si sono formati attraverso questo processo all'interno di una stella non dissimile dal nostro sole.
L'energia dei raggi laser NIF viene amplificata in un edificio equivalente alla lunghezza di tre campi da calcio e quindi focalizzata su minuscole capsule piene di gas o ghiaccio con pareti spesse 18 micrometri (circa lo spessore di un capello umano) e diametri esterni di 3 mm. La capsula è posizionata con precisione al centro di una camera bersaglio che ha un diametro di 10 metri. È come cercare di posizionare con precisione una formica nel centro esatto di uno scuolabus. Quando le capsule vengono fatte saltare con tutti i 192 raggi laser, implodono, creando condizioni simili a stelle molto calde e molto dense.
Gli esperimenti in corso presso il NIF stanno studiando uno dei principali processi di nucleosintesi nel sole, la reazione 3He-3He tra due ioni di elio, in condizioni stellari. Questa reazione, mostrato in Figura 1, è responsabile di quasi la metà della generazione di energia nel nostro sole poiché brucia l'idrogeno in elio.
"La cosa interessante di questi esperimenti è che, a differenza dei precedenti studi sulla Terra, stiamo effettivamente sondando questa reazione a condizioni di temperatura e densità paragonabili a quelle che si trovano nelle stelle", dice lo scienziato capo del progetto, la dott.ssa Maria Gatu Johnson del MIT.
Alla riunione dell'American Physical Society Division of Plasma Physics a Ft. Lauderdale, Florida questa settimana, Il Dr. Gatu Johnson riferirà su come i protoni della reazione solare 3He-3He sono stati osservati in questi esperimenti in una serie di condizioni.
"Sorprendentemente, "Il dottor Gatu Johnson dice, "i risultati preliminari mostrano che a temperature più basse, relativamente più protoni si vedono con energia più alta che con energia più bassa."
Questi risultati aiuteranno gli scienziati ad aggiungere importanti vincoli ai calcoli teorici di questa complicata reazione e a stimare la probabilità che si verifichi la reazione 3He-3He, così come altri importanti processi al sole. Ci sarà un altro giro di esperimenti, attualmente previsto per febbraio 2020, dove il Dr. Gatu Johnson prevede di caratterizzare meglio le temperature raggiunte in condizioni stellari.
Questi esperimenti fanno parte di un nuovo sforzo per studiare le reazioni di nucleosintesi e i fenomeni rilevanti in condizioni di tipo stellare utilizzando i laser.
"I plasmi ad alta densità di energia sono l'unico laboratorio sulla terra che ricrea le condizioni estreme in cui gli elementi sono stati prodotti nell'universo, " afferma il co-Principal Investigator Dr. Alex Zylstra del Lawrence Livermore National Laboratory. Il lavoro continuerà utilizzando questa piattaforma per sondare altre reazioni di nucleosintesi e fenomeni rilevanti in futuro:questo è un nuovo, modo creativo di studiare come sono fatte le cose da star!
