Барьер Кулона? Пройден. Почти незаметно, но пройден
NewsMakerКитайцы просто взяли и воссоздали процессы из центра звёзд.
Представьте, что вы пытаетесь уловить тихий гул в центре стадиона, где тысячи зрителей кричат одновременно. Именно с такой трудностью сталкиваются физики, пытаясь зафиксировать слияние двух атомов углерода на тех же низких энергиях, при которых это происходит в недрах звёзд. Но китайским исследователям удалось это сделать.
Им впервые удалось напрямую измерить редкую реакцию слияния углерода-12 с углеродом-12, играющую ключевую роль в поздних стадиях жизни звёзд. Именно она может запускать грандиозные явления вроде сверхновых и рентгеновских вспышек . Учёные отмечают, что это самая чувствительная прямая регистрация такой реакции в так называемом окне Гамова — энергетическом диапазоне, где термоядерные реакции происходят внутри звёзд.
Этот прорыв, как предполагают исследователи, поможет лучше понять, как звёзды сгорают и умирают, а также где и как во Вселенной появляются тяжёлые элементы.
Физики десятилетиями пытались зафиксировать слияние углеродных ядер на энергиях ниже 3 МэВ, поскольку именно в этом диапазоне реакция идёт в звёздах. Однако электростатическое отталкивание между ядрами ( барьер Кулона ) при энергии около 5,8 МэВ делает вероятность их слияния крайне малой. В результате эффективное сечение реакции — мера её вероятности — становится ничтожно малым, вплоть до триллионных долей триллионных. Отсюда и гигантские сложности при прямом лабораторном обнаружении: нужны мощные ионные пучки, сверхчистые мишени и ультрачувствительные детекторы, способные отделить единичный сигнал от миллиардов фоновых событий.
Учёные использовали для этого мощный ускоритель LEAF, генерирующий пучки углеродных ионов и направляющий их с высокой точностью на цель. Чтобы повысить шансы обнаружения, они применили особую мишень из пиролитического графита (HOPG) — очень чистого и кристаллического материала, хорошо подходящего для минимизации фонового шума.
Когда пучок достиг мишени, отдельные ядра углерода всё же смогли преодолеть барьер отталкивания и слиться. Эти события сопровождались выбросом альфа-частиц, которые и зафиксировали учёные с помощью комбинации временной проекционной камеры и кремниевых стриповых детекторов. Такой «телескоп» позволил не только отслеживать траектории частиц, но и определять их по потере энергии. В результате удалось напрямую измерить количество альфа-частиц, рождающихся при слиянии углерода на энергии 2,22 МэВ — в самом центре окна Гамова.
Но поразило даже не это, а невероятная чувствительность эксперимента. Лишь одна реакция приходилась примерно на 100 квадриллионов ионов углерода — это величина порядка 10⁻¹⁷ на частицу. Никто ещё не измерял эту реакцию с такой точностью.
Это важно не только для понимания строения звёзд, но и для моделей образования элементов во Вселенной. Подобные исследования углубляют наше понимание космических процессов , происходящих при взрывах звёзд . Китайские учёные продолжают демонстрировать впечатляющие результаты в области фундаментальных исследований, как это было с созданием искусственного солнца .
Однако и сложности оказались немалыми. Под непрерывным воздействием пучка мишень начала разрушаться: число регистрируемых альфа-частиц сократилось на 51%, протонов — на 25%. Повреждения изменили структуру поверхности и снизили содержание водорода, что ограничило продолжительность и точность эксперимента. Учёные учли эти искажения при обработке данных, но признают: чтобы проводить длительные измерения, установка нуждается в доработке.
Подобные эксперименты требуют невероятной точности и технического совершенства, сравнимого с работами в крупнейших физических лабораториях мира , где исследуются фундаментальные частицы и процессы.
Результаты опубликованы в журнале Nuclear Science and Techniques.
Представьте, что вы пытаетесь уловить тихий гул в центре стадиона, где тысячи зрителей кричат одновременно. Именно с такой трудностью сталкиваются физики, пытаясь зафиксировать слияние двух атомов углерода на тех же низких энергиях, при которых это происходит в недрах звёзд. Но китайским исследователям удалось это сделать.
Им впервые удалось напрямую измерить редкую реакцию слияния углерода-12 с углеродом-12, играющую ключевую роль в поздних стадиях жизни звёзд. Именно она может запускать грандиозные явления вроде сверхновых и рентгеновских вспышек . Учёные отмечают, что это самая чувствительная прямая регистрация такой реакции в так называемом окне Гамова — энергетическом диапазоне, где термоядерные реакции происходят внутри звёзд.
Этот прорыв, как предполагают исследователи, поможет лучше понять, как звёзды сгорают и умирают, а также где и как во Вселенной появляются тяжёлые элементы.
Физики десятилетиями пытались зафиксировать слияние углеродных ядер на энергиях ниже 3 МэВ, поскольку именно в этом диапазоне реакция идёт в звёздах. Однако электростатическое отталкивание между ядрами ( барьер Кулона ) при энергии около 5,8 МэВ делает вероятность их слияния крайне малой. В результате эффективное сечение реакции — мера её вероятности — становится ничтожно малым, вплоть до триллионных долей триллионных. Отсюда и гигантские сложности при прямом лабораторном обнаружении: нужны мощные ионные пучки, сверхчистые мишени и ультрачувствительные детекторы, способные отделить единичный сигнал от миллиардов фоновых событий.
Учёные использовали для этого мощный ускоритель LEAF, генерирующий пучки углеродных ионов и направляющий их с высокой точностью на цель. Чтобы повысить шансы обнаружения, они применили особую мишень из пиролитического графита (HOPG) — очень чистого и кристаллического материала, хорошо подходящего для минимизации фонового шума.
Когда пучок достиг мишени, отдельные ядра углерода всё же смогли преодолеть барьер отталкивания и слиться. Эти события сопровождались выбросом альфа-частиц, которые и зафиксировали учёные с помощью комбинации временной проекционной камеры и кремниевых стриповых детекторов. Такой «телескоп» позволил не только отслеживать траектории частиц, но и определять их по потере энергии. В результате удалось напрямую измерить количество альфа-частиц, рождающихся при слиянии углерода на энергии 2,22 МэВ — в самом центре окна Гамова.
Но поразило даже не это, а невероятная чувствительность эксперимента. Лишь одна реакция приходилась примерно на 100 квадриллионов ионов углерода — это величина порядка 10⁻¹⁷ на частицу. Никто ещё не измерял эту реакцию с такой точностью.
Это важно не только для понимания строения звёзд, но и для моделей образования элементов во Вселенной. Подобные исследования углубляют наше понимание космических процессов , происходящих при взрывах звёзд . Китайские учёные продолжают демонстрировать впечатляющие результаты в области фундаментальных исследований, как это было с созданием искусственного солнца .
Однако и сложности оказались немалыми. Под непрерывным воздействием пучка мишень начала разрушаться: число регистрируемых альфа-частиц сократилось на 51%, протонов — на 25%. Повреждения изменили структуру поверхности и снизили содержание водорода, что ограничило продолжительность и точность эксперимента. Учёные учли эти искажения при обработке данных, но признают: чтобы проводить длительные измерения, установка нуждается в доработке.
Подобные эксперименты требуют невероятной точности и технического совершенства, сравнимого с работами в крупнейших физических лабораториях мира , где исследуются фундаментальные частицы и процессы.
Результаты опубликованы в журнале Nuclear Science and Techniques.