В рамках уникального междисциплинарного сотрудничества между областями физики плазмы, ядерной астрофизики и лазерного синтеза группа исследователей, включая ученых из Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса (LLNL), Университета Огайо, Массачусетского технологического института (MIT) и Лос-Аламосского национального университета. Лаборатория (LANL), описывает эксперименты, проводимые в условиях, подобных условиям звездных недр.
Выводы команды были опубликованы Nature Physics.Эти эксперименты являются первыми термоядерными измерениями сечений ядерных реакций — величины, которая описывает вероятность того, что реагенты будут подвергаться реакции синтеза — в условиях плазмы с высокой плотностью энергии, которые эквивалентны горящим ядрам гигантских звезд, т. Е. В 10-40 раз массивнее Солнца.
Эти экстремальные условия плазмы могут похвастаться плотностью изотопов водорода, сжатой в тысячу раз, почти до плотности твердого свинца, и температурами, нагретыми до ~ 50 миллионов Кельвинов. Это также условия в звездах, которые приводят к сверхновым, самым массовым взрывам во Вселенной.«Обычно подобные эксперименты по ядерной астрофизике проводятся на ускорителях в лаборатории, которые становятся особенно сложными при низких энергиях, часто актуальных для нуклеосинтеза», — сказал физик LLNL Дэн Кейси, ведущий автор статьи. «Поскольку сечения реакций быстро падают с уменьшением энергии реагентов, поправки на экранирование связанных электронов становятся значительными, а земные и космические источники фона становятся серьезной экспериментальной проблемой».
Работа проводилась в Национальном центре зажигания (NIF) LLNL, единственном экспериментальном инструменте в мире, способном создавать температуры и давления, подобные тем, которые обнаруживаются в ядрах звезд и планет-гигантов. Используя подход непрямого привода, NIF использовался для запуска имплозии наполненной газом капсулы, нагрева капсул до необычайных температур и сжатия их до высоких плотностей, при которых могли происходить реакции синтеза.
«Одним из наиболее важных открытий является то, что мы воспроизвели предыдущие измерения, сделанные на ускорителях в радикально других условиях», — сказал Кейси. «Это действительно создает новый инструмент в области ядерной астрофизики для изучения различных процессов и реакций, к которым может быть трудно получить доступ любым другим способом».«Возможно, наиболее важно то, что эта работа закладывает основу для потенциальных экспериментальных испытаний явлений, которые могут быть обнаружены только в экстремальных плазменных условиях недр звезд. Одним из примеров является экранирование электронов плазмы, процесс, который важен для нуклеосинтеза, но не наблюдался экспериментально. ", — добавил Кейси.
Теперь, когда команда разработала методику проведения этих измерений, связанные группы, подобные той, которая возглавляется Марией Гату Джонсон из Массачусетского технологического института, изучают другие ядерные реакции и способы попытаться измерить влияние электронов плазмы на ядерные реакции.