Oamenii de știință chinezi au detectat o reacție de fuziune a carbonului extrem de rară

O echipă de cercetători chinezi a reușit să detecteze fuziunea a doi atomi de carbon la energii joase, la fel cum are loc în interiorul stelelor.

Ei au măsurat o reacție rară, numită fuziunea 12C + 12C, care joacă un rol esențial în ultimele etape ale evoluției stelare și este responsabilă pentru declanșarea unor evenimente cosmice spectaculoase, precum exploziile de supernove și erupțiile X.

„Aceste rezultate reprezintă cea mai sensibilă măsurătoare directă realizată vreodată în fereastra Gamow (intervalul energetic în care au loc reacțiile nucleare în stele), relevantă pentru arderea carbonului stelar,” au notat autorii studiului.

Ei susțin că această realizare deschide o nouă fereastră către înțelegerea modului în care stelele ard și mor, și ar putea ajuta la explicarea originii elementelor grele din univers.

Timp de decenii, fizicienii s-au chinuit să măsoare reacția de fuziune 12C+12C la aceleași energii joase la care ea are loc în stele, adică sub 3 milioane de electronvolți (MeV). La aceste energii scăzute, forța electrică de respingere dintre cei doi nuclei de carbon (așa-numita barieră Coulomb, care este de 5,8 MeV) face extrem de improbabilă fuziunea lor.

În plus, secțiunea eficace de fuziune — o măsură a probabilității reacției — devine extrem de mică, de ordinul unei trilioane dintr-o trilionime. Acești factori fac aproape imposibilă detectarea directă în laborator, scrie InterestingEngineering.

O reacție rară

Cercetătorii au nevoie de fascicule extrem de intense de ioni de carbon și de ținte ultra-curate, alături de detectoare suficient de sensibile pentru a distinge aceste evenimente rare de miliarde de semnale de fond.

Echipa a depășit aceste obstacole folosind o instalație puternică numită acceleratorul LEAF, capabil să genereze fascicule de ioni de carbon cu energie mare și să le direcționeze cu mare precizie către o țintă.

Pentru a crește șansa detectării acestei fuziuni rare, cercetătorii au folosit un material țintă special: grafitul pirolitic orientat (HOPG), un tip de carbon pur și cristalin, folosit adesea în instrumente de raze X sau experimente cu neutroni datorită interferențelor de fond reduse. Structura sa curată l-a făcut ideal pentru a izola reacțiile dorite de zgomotul de fond.

După ce fasciculul de carbon a lovit ținta HOPG, unii nuclei de carbon au reușit să fuzioneze. Aceste reacții au emis particule alfa, detectate cu ajutorul unei camere de proiecție temporală (TPC) și a unor detectoare din siliciu aranjate ca un telescop special.

Camera TPC a funcționat ca o cameră 3D, captând traiectoriile particulelor generate, iar detectoarele de siliciu au identificat tipul fiecărei particule în funcție de energia pierdută în trecerea prin detector. Întregul sistem a permis echipei să măsoare direct numărul de particule alfa produse de fuziunea 12C–12C la 2,22 MeV, un nivel energetic situat adânc în fereastra Gamow.

O măsurătoare extrem de sensibilă

Dincolo de simpla detectare, ceea ce este cu adevărat remarcabil este că reacția de fuziune s-a produs o dată la fiecare 100 de cvadrilioane (10⁻¹⁷) de ioni de carbon trimiși. Asta reprezintă cea mai sensibilă măsurătoare directă a acestei reacții efectuată vreodată.

Această precizie este crucială. Înțelegerea modului și momentului în care atomii de carbon fuzionează este cheia pentru a explica evoluția stelelor după epuizarea heliului, precum și declanșarea evenimentelor cosmice masive, cum sunt supernovele. De asemenea, datele pot rafina modelele despre formarea elementelor în univers.

Totuși, experimentul nu a fost lipsit de probleme. După o bombardare continuă, fasciculul de carbon a deteriorat ținta HOPG, ceea ce a dus la o scădere cu 51% a numărului de particule alfa detectate și cu 25% a protonilor.

Această deteriorare prin radiație a modificat suprafața materialului și a redus conținutul său de hidrogen, ceea ce a limitat durata și precizia experimentelor de lungă durată.

Studiul a fost publicat în revista Nuclear Science and Techniques.

Vă recomandăm să mai citiți și:

Descoperire în fuziunea nucleară: Cel mai mare stelarator din lume a generat primul heliu-3

Tehnologia nucleară de „fuziune la rece” va fi testată în spațiu

O companie din Germania a dezvoltat „primul reactor de fuziune care poate funcționa fiabil și continuu”

Telescopul Hubble a surprins o potențială fuziune galactică