Zware elementen worden geproduceerd tijdens stellaire explosies of op het oppervlak van neutronensterren door het invangen van waterstofkernen (protonen). Dit gebeurt bij extreem hoge temperaturen, maar bij relatief lage energieën. Een internationaal onderzoeksteam onder leiding van de Goethe-universiteit is er nu in geslaagd de vangst van protonen op de opslagring van het GSI Helmholtzentrum für Schwerionenforschung te onderzoeken.

Zoals de wetenschappers rapporteren in het huidige nummer van Fysieke beoordelingsbrieven , hun doel was om de waarschijnlijkheid van een protonvangst in astrofysische scenario's nauwkeuriger te bepalen. Zoals Dr. Jan Glorius van de onderzoeksafdeling van de GSI-atoomfysica uitlegt:ze stonden daarbij voor twee uitdagingen:"De reacties zijn het meest waarschijnlijk onder astrofysische omstandigheden in een energiebereik dat het Gamow-venster wordt genoemd. In dit bereik, kernen zijn meestal wat traag, waardoor ze moeilijk te verkrijgen zijn in de vereiste intensiteit. In aanvulling, de dwarsdoorsnede - de kans op protonenvangst - neemt snel af met energie. Tot nu, het was bijna onmogelijk om in een laboratorium de juiste omstandigheden te creëren voor dit soort reacties."

René Reifarth, Professor voor experimentele astrofysica aan de Goethe-universiteit suggereerde al 10 jaar geleden een oplossing:de lage energieën binnen het Gamow-vensterbereik kunnen nauwkeuriger worden bereikt wanneer de zware reactiepartner circuleert in een versneller waarin hij interageert met een stationair protongas. De eerste successen boekte hij in september 2015 met een groep vroege-carrièreonderzoekers van Heimholtz. Vanaf dat moment, zijn team heeft uitstekende steun gekregen van professor Yuri Litvinov, die het door de EU gefinancierde onderzoeksproject ASSTRum bij GSI leidt.

In het experiment, het internationale team produceerde eerst xenon-ionen. Ze werden vertraagd in de experimentele opslagring ESR en veroorzaakten interactie met protonen. Dit resulteerde in reacties waarbij de xenon-kernen een proton innamen en werden omgezet in zwaarder cesium - een proces zoals dat in astrofysische scenario's plaatsvindt.

"Het experiment levert een beslissende bijdrage aan het verbeteren van ons begrip van nucleosynthese in de kosmos, ", zegt René Reifarth. "Dankzij de hoogwaardige versnellerfaciliteit bij GSI, we waren in staat om de experimentele techniek voor het vertragen van de zware reactiepartner te verbeteren. We hebben nu meer exacte kennis van het gebied waarin de reactiesnelheden optreden, die tot nu toe alleen theoretisch was voorspeld. Dit stelt ons in staat om de productie van elementen in het universum nauwkeuriger te modelleren."