Kernastrofysici creëerden met succes de eerste laag-energetische deeltjesversnellerstraal diep onder de grond in de Verenigde Staten, waardoor ze een stap dichter bij het begrijpen hoe de elementen van ons universum zijn gebouwd.

Door het project, genaamd CASPAR (Compact Accelerator System for Performing Astrophysical Research), onderzoekers zullen de kernfusieprocessen herscheppen die verantwoordelijk zijn voor energieopwekking en elementaire productie in sterren, om meer te begrijpen over hoe sterren branden en welke elementen ze daarbij creëren.

CASPAR is een van de slechts twee ondergrondse versnellers ter wereld, gevestigd in de Sanford Underground Research Facility (SURF), in lood, Zuid Dakota.

De andere, het Laboratorium voor Ondergrondse Nucleaire Astrofysica (LUNA) is gevestigd in Italië, in de buurt van de berg Gran Sasso.

"Het ondergronds installeren en bedienen van versnellers is een flinke uitdaging, " zei Michael Wiescher, Freimann hoogleraar kernfysica aan de Universiteit van Notre Dame. "CASPAR is uniek omdat het een breder energiebereik bestrijkt dan de LUNA-versneller. Het stelt ons in staat, Voor de eerste keer, om reacties van stellaire heliumverbranding te onderzoeken, die plaatsvinden in sterren als Betelgeuze, onder laboratoriumomstandigheden. Door deze onderzoeken we zullen leren over de oorsprong van zuurstof en koolstof als de belangrijkste ingrediënten van biologisch leven in het universum, en we zullen leren over de mechanismen die sterren hebben ontwikkeld om geleidelijk zwaardere elementen te produceren door middel van neutronenfusieprocessen."

Wiescher en onderzoeksassistent-professor Dan Robertson leiden het team van de Notre Dame, in samenwerking met onderzoekers van de South Dakota School of Mines and Technology en de Colorado School of Mines.

"De complexiteit van het diep onder de grond verplaatsen van een versnellerfaciliteit wordt ruimschoots gecompenseerd door de potentiële voordelen bij het nabootsen van nucleaire reacties van astrofysisch belang, "zei Robertson. "Momenteel, een aanzienlijk deel van de informatie die we hebben over reacties die plaatsvinden in de exacte omstandigheden in een ster, kan alleen worden geëxtrapoleerd uit gegevens in andere energiegebieden. Dit komt vooral omdat de kans op die reactie zo klein is, en zonder stermateriaal om mee te spelen, het is moeilijk te meten wanneer we concurreren met kosmische achtergrond. We hopen de belangrijkste reacties in elementaire productiescenario's direct te meten, inzicht geven in hun gedrag en helpen te begrijpen hoe en waar het materiaal in ons dagelijks leven is geproduceerd."

De 15 meter lange deeltjesversneller met lage energie werd geassembleerd 4, 850 voet ondergronds in augustus 2015 en werd in stukken vervoerd vanuit zijn oorspronkelijke huis in de Notre Dame. Onderzoekers laadden de stukken in een kooilift en verplaatsten ze via mijnwagen naar de experimentele ruimte in de voormalige Homestake Gold Mine. Door het project ondergronds te nemen, wordt het afgeschermd van de kosmische straling waaraan de aarde constant wordt blootgesteld. die kunnen interfereren met zeer gevoelige fysica-experimenten.

"Dit soort studies hebben een omgeving nodig die vrij is van kosmische straling, zoals alleen wordt geboden op plaatsen als SURF, ’ zei Wiescher.

De kernfusie die in een ster plaatsvindt, creëert de elementen die nodig zijn voor het leven. oudere sterren, geboren rond de tijd van de oerknal, bestaan ​​uit zeer weinig elementen, terwijl jongere sterren een opeenhoping van zwaardere elementen zoals lood en goud bevatten.

Het begrijpen van die opbouw van elementen is slechts een van de vele vragen die onderzoekers hopen te beantwoorden door middel van een reeks CASPAR-experimenten.

Met de operaties aan de gang, het team is van plan om in de herfst te beginnen met het verzamelen van gegevens.