Физики воссоздали редчайшую космическую реакцию в лаборатории

Команда из Центра редких изотопных пучков Мичиганского университета (FRIB) впервые напрямую измерила процесс образования селена-74. Это открытие помогает понять, откуда во Вселенной берутся необычные тяжелые элементы. Статья с результатами вышла в журнале Physical Review Letters.

Откуда в космосе появляются элементы тяжелее железа — одна из главных загадок ядерной астрофизики. Большинство таких веществ рождается в звездах при медленном или быстром захвате нейтронов. Но есть особая группа — так называемые p-ядра, обогащенные протонами. Их нельзя получить захватом нейтронов, и их происхождение оставалось загадкой более 60 лет.

В эксперименте участвовали 45 ученых из разных стран. По основной теории, p-ядра рождаются при взрывах особых сверхновых, когда из-за огромной температуры возникают гамма-лучи, выбивающие частицы из ядер. Но проверить это было почти невозможно: нужные изотопы существуют лишь ничтожные доли секунды.

Физики впервые в истории напрямую измерили реакцию создания редкого изотопа селена с массой 74 единицы. Источник: Unsplash

С помощью нового линейного ускорителя физики создали пучок радиоактивного мышьяка-73 и направили его на мишень с водородом — источником протонов. Весь процесс фиксировал сверхчувствительный детектор. Впервые удалось напрямую увидеть, как мышьяк-73 захватывает протон и превращается в селен-74, испуская характерное гамма-излучение.

Точные данные об этой реакции позволили рассчитать и обратный процесс — разрушение ядер гамма-лучами в недрах сверхновых. Включение этих данных в астрофизические модели вдвое снизило неопределенность в предсказаниях количества селена-74 во Вселенной.

Несмотря на успех и улучшение моделей, расчеты все еще не полностью совпадают с реальными пропорциями элементов в космосе. Это говорит о том, что наши представления о физических условиях внутри сверхновых требуют доработки.