De samenwerking tussen Jinping Underground Nuclear Astrophysics (JUNA) heeft een recente directe meting gerapporteerd van de dwarsdoorsnede van een cruciale stellaire neutronenbronreactie, ¹³ C(α,n) ¹⁶ O. De studie is gepubliceerd in Physical Review Letters op 23 sept.

Door tot nu toe de meest nauwkeurige dwarsdoorsnedemeting van deze reactie bij astrofysische energieën te bereiken, heeft de studie langdurige discrepanties tussen eerdere gegevens over deze reactie opgelost, wat essentieel is voor het begrijpen van de oorsprong en overvloed van elementen die zwaarder zijn dan ijzer in het universum.

De oorsprong van dergelijke elementen is een van de 11 natuurkundige vragen voor de 21e eeuw en neutronen zijn de sleutel tot het omzetten van ijzer in zwaardere elementen. De snelheid van de neutronenbronreactie bepaalt hoeveel van deze zwaardere elementen in sterren kunnen worden geproduceerd.

De ¹³ C(α,n) ¹⁶ O-reactie, voor het eerst in theorie voorgesteld als de primaire neutronenbron in sterren door Cameron en Greenstein in 1954, levert neutronen op die nodig zijn voor de synthese van ongeveer de helft van alle zwaarder-dan-ijzer-elementen in het universum. Het is al lang een doel van experimentele nucleaire astrofysica om deze reactie nauwkeurig te meten bij astrofysische energieën (0,15-0,54 MeV). De overeenkomstige reactiedoorsnede is echter extreem klein, wat het erg moeilijk maakt om te meten.

In de afgelopen zeven jaar heeft de JUNA-samenwerking een verscheidenheid aan wetenschappelijke apparatuur ontwikkeld die is geïnstalleerd in het China Jinping underground Laboratory (CJPL), dat momenteel het diepste ondergrondse laboratorium ter wereld is. De apparatuur omvat een versneller die de meest intense α-straal levert in de ondergrondse laboratoria over de hele wereld; krachtige, dikke doelen die bombardementen door een intensieve straal van honderden coulombs kunnen overleven; en een zeer gevoelige neutronendetectiearray met een lage achtergrond.

Door gebruik te maken van deze ontwikkelingen en de ultralage achtergrondomgeving bij CJPL, heeft het onderzoeksteam met succes een directe meting van de dwarsdoorsnede van de ¹³ uitgevoerd. C(α,n) ¹⁶ O-reactie in het astrofysische energiebereik van 0,24-0,59 MeV. Het gemeten energiebereik werd verder uitgebreid tot 1,9 MeV door gebruik te maken van de 3 MV tandemversneller aan de Universiteit van Sichuan.

De studie leverde de eerste consistente meting voor het energiebereik van het gebied van stellaire energie tot hoge energieën, en behaalde de meest nauwkeurige stellaire reactiesnelheid voor de ¹³ C(α,n) ¹⁶ O reactie tot nu toe.

"De huidige precieze gegevens van deze dwarsdoorsnede van de reactie bieden de stevige basis om astronomische modellen van de i- en s-process nucleosyntheses te ontwikkelen om een ​​nieuw beeld te construeren van de galactische chemische evolutie van zware kernen," zei Prof. Kajino, een nucleair astrofysicus van de Beihang-universiteit. + Verder verkennen

Onderzoekers ontwikkelen een array van neutronendetectoren met een lage achtergrond