Jinping Underground Nuclear Astrophysics (JUNA)-samarbetet har rapporterat en nyligen genomförd direkt mätning av tvärsnittet av en avgörande neutronkällareaktion, ¹³ C(α,n) ¹⁶ O. Studien publicerades i Physical Review Letters den 23 september.

Genom att uppnå den mest exakta tvärsnittsmätningen av denna reaktion vid astrofysiska energier hittills, har studien löst långvariga avvikelser mellan tidigare data om denna reaktion, vilket är väsentligt för att förstå ursprunget och överflödet av element som är tyngre än järn i universum.

Ursprunget till sådana grundämnen är en av 11 fysikfrågor för 2000-talet och neutroner är nyckeln till att omvandla järn till tyngre grundämnen. Hastigheten för neutronkällans reaktion avgör hur många av dessa tyngre grundämnen som kan produceras i stjärnor.

¹³ C(α,n) ¹⁶ O-reaktion, som först i teorin föreslogs som den primära neutronkällan i stjärnor av Cameron och Greenstein 1954, ger neutroner som behövs för syntesen av ungefär hälften av alla tyngre-än-järn-element i universum. Det har länge varit ett mål för experimentell kärnastrofysik att noggrant mäta denna reaktion vid astrofysiska energier (0,15–0,54 MeV). Däremot är motsvarande reaktionstvärsnitt extremt litet, vilket gör det mycket svårt att mäta.

Under de senaste sju åren har JUNA-samarbetet utvecklat en mängd olika vetenskaplig utrustning installerad vid China Jinping underground Laboratory (CJPL), som för närvarande är det djupaste underjordiska laboratoriet i världen. Utrustningen inkluderar en accelerator som levererar den mest intensiva α-strålen i de underjordiska laboratorierna världen över; kraftfulla, tjocka mål som kan överleva bombardement av en intensiv stråle av hundratals coulombs; och en högkänslig neutrondetekteringsuppsättning med låg bakgrund.

Genom att dra nytta av denna utveckling och den ultralåga bakgrundsmiljön vid CJPL genomförde forskargruppen framgångsrikt en direkt mätning av tvärsnittet av ¹³ C(α,n) ¹⁶ O-reaktion i det astrofysiska energiområdet 0,24–0,59 MeV. Det uppmätta energiområdet utökades ytterligare till 1,9 MeV genom att använda 3 MV tandemacceleratorn vid Sichuan University.

Genom att tillhandahålla den första konsekventa mätningen som täcker energiområdet från stjärnenergiregionen upp till höga energier, erhöll studien den mest exakta stjärnreaktionshastigheten för ¹³ C(α,n) ¹⁶ O reaktion hittills.

"De nuvarande exakta data för detta reaktionstvärsnitt ger den fasta grunden för att utveckla astronomiska modeller av i- och s-processens nukleosynteser för att konstruera en ny bild av galaktisk kemisk utveckling av tunga kärnor", säger prof. Kajino, en kärnastrofysiker. från Beihang University. + Utforska vidare

Forskare utvecklar en neutrondetektoruppsättning med låg bakgrund