Μια κρίσιμη πυρηνική αντίδραση στα πρώτα λεπτά της δημιουργίας του σύμπαντος

Posted on 14/11/2020

0


Το δευτέριο [συμβολίζεται με 2Η ή D] είναι το απλούστερο και το πρώτο στοιχείο που σχηματίστηκε λίγα λεπτά μετά την Μεγάλη Έκρηξη από την σύντηξη ενός πρωτονίου με ένα νετρόνιο. Αυτό συνέβη όταν στο αρχέγονο σύμπαν ο λόγος του αριθμού των νετρονίων προς τον αριθμό των πρωτονίων ήταν περίπου 1/6 (τα νετρόνια έξω από τους πυρήνες έχουν χρόνο ζωής περίπου 15 λεπτά). Στη συνέχεια ακολούθησαν κι άλλες αλυσιδωτές πυρηνικές αντιδράσεις όπως βλέπουμε στο παρακάτω σχήμα:
Στα πρώτα λεπτά μετά την Μεγάλη Έκρηξη πραγματοποιήθηκε η σύνθεση μόνο ελαφρών στοιχείων, κυρίως ηλίου, πολύ μικρότερες ποσότητες δευτερίου, λιθίου και ελάχιστες ποσότητες στοιχείων όπως βηρύλλιο και βόριο. Ο μόνος (έμμεσος) τρόπος για να διερευνήσουμε τις συνθήκες που επικρατούσαν στο σύμπαν στα πρώτα λεπτά της ύπαρξής του είναι να επιβεβαιώσουμε τις τελικές αφθονίες των στοιχείων που προέκυψαν. Για να γίνει αυτό, μεταξύ άλλων, απαιτείται ο ακριβής προσδιορισμός του αστροφυσικού παράγοντα S(E) των πυρηνικών αντιδράσεων που έλαβαν χώρα.

Έτσι, μια ομάδα φυσικών στο υπόγειο εργαστήριο πυρηνικής φυσικής LUNA (Laboratory for Underground Nuclear Astrophysics) στο Gran Sasso μελέτησε την πυρηνική αντίδραση D+p→3He+γ , που αποτελεί μια από τις δυο πρώτες διαδρομές που οδηγούν σε βαρύτερους πυρήνες (μετά το δευτέριο). Μέτρησαν την ενεργό διατομή της σε ένα περιβάλλον απαλλαγμένο από το ενοχλητικό υπόβαθρο της κοσμικής ακτινοβολίας στις κατάλληλες χαμηλές ενέργειας και προσδιόρισαν τον αστροφυσικό παράγοντα με πολύ καλή ακρίβεια.

Οι μετρήσεις των  V. Mossa, et al δημοσιεύθηκαν στο περιοδικό Nature: «The baryon density of the Universe from an improved rate of deuterium burning«

Τα πειραματικά αποτελέσματα της εν λόγω εργασίας θα βοηθήσουν στους υπολογισμούς των περιεκτικοτήτων των στοιχείων που δημιουργήθηκαν στα πρώτα λεπτά της Μεγάλης Έκρηξης. Οι αρχέγονες αφθονίες αυτών των στοιχείων παίζουν κρίσιμο ρόλο στην κοσμολογία [βλέπε π.χ. «Το κοσμολογικό πρόβλημα του λιθίου» και «Το δευτέριο επιβεβαιώνει την θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης» ).

Διαβάστε επίσης στο Quantamagazine: «Physicists Pin Down Nuclear Reaction From Moments After the Big Bang«