Op een typische dag bij 's werelds grootste laser, de National Ignition Facility (NIF) in Livermore, Californië, je kunt wetenschappers vinden die terloops sterachtige omstandigheden creëren met behulp van 192 krachtige lasers. Sterren in het universum worden gevormd door een proces dat nucleosynthese wordt genoemd, die lichtere atomen samensmelt om nieuwe zwaardere atoomkernen te creëren. Natuurlijke elementen die hier op aarde worden gevonden, zoals helium en aluminium, werden gevormd door dit proces in een ster die lijkt op onze eigen zon.

De energie van de NIF-laserstralen wordt versterkt in een gebouw dat overeenkomt met de lengte van drie voetbalvelden en wordt vervolgens gefocust op kleine met gas of ijs gevulde capsules met 18 micrometer dikke wanden (ongeveer de dikte van een mensenhaar) en een buitendiameter van 3 mm. De capsule wordt nauwkeurig in het midden van een doelkamer geplaatst met een diameter van 10 meter. Het is alsof je een mier precies in het midden van een schoolbus probeert te plaatsen. Wanneer de capsules worden bestraald met alle 192 laserstralen, ze imploderen, het creëren van zeer hete en zeer dichte sterachtige omstandigheden.

Lopende experimenten bij het NIF bestuderen een van de primaire nucleosyntheseprocessen in de zon, de 3He-3He-reactie tussen twee heliumionen, in stellaire omstandigheden. Deze reactie, getoond in figuur 1, is verantwoordelijk voor bijna de helft van de energieopwekking in onze zon, aangezien het waterstof verbrandt tot helium.

"Wat zo cool is aan deze experimenten, is dat, in tegenstelling tot eerdere studies op aarde, we onderzoeken deze reactie in feite bij temperatuur- en dichtheidsomstandigheden die vergelijkbaar zijn met die in sterren", zegt projectleider dr. Maria Gatu Johnson van MIT.

Op de bijeenkomst van de American Physical Society Division of Plasma Physics in Ft. Lauderdale, Florida deze week, Dr. Gatu Johnson zal rapporteren over hoe protonen van de zonne- 3He-3He-reactie zijn waargenomen in deze experimenten onder verschillende omstandigheden.

"Verrassend genoeg, " Dr. Gatu Johnson zegt, "de voorlopige resultaten tonen aan dat bij lagere temperaturen, relatief meer protonen worden gezien met hogere energie dan met lagere energie."

Deze resultaten zullen wetenschappers helpen om belangrijke beperkingen toe te voegen aan theoretische berekeningen van deze gecompliceerde reactie en om de waarschijnlijkheid van de 3He-3He-reactie te schatten, evenals andere belangrijke processen in de zon. Er komt nog een ronde van experimenten, momenteel gepland voor februari 2020, waar Dr. Gatu Johnson van plan is om de temperaturen die worden bereikt in de sterachtige omstandigheden beter te karakteriseren.

Deze experimenten maken deel uit van een nieuwe poging om nucleosynthesereacties en relevante fenomenen in stellaire omstandigheden te bestuderen met behulp van lasers.

"Plasma's met hoge energiedichtheid zijn het enige laboratorium op aarde dat de extreme omstandigheden nabootst waarin de elementen in het universum werden geproduceerd, ", zegt co-hoofdonderzoeker Dr. Alex Zylstra van het Lawrence Livermore National Laboratory. Het werk zal dit platform blijven gebruiken om in de toekomst andere nucleosynthesereacties en relevante fenomenen te onderzoeken - dit is een nieuwe, creatieve manier om te bestuderen hoe sterrenmateriaal wordt gemaakt!