Det mesta av energin från solen och andra stjärnor kommer från en kedja av kärnfusionsreaktioner. Änden av denna kedja markeras av fusionen av protoner med beryllium-7 för att bilda bor-8. Denna process är nyckeln till att bestämma flödet av solneutriner med hög energi som når jorden.
De lågenergiförhållanden under vilka dessa reaktioner äger rum inne i solen är näst intill omöjliga att reproducera i laboratorier på jorden. Därför förlitar sig forskare på teoretiska beräkningar för att extrapolera hastigheten för dessa kärnreaktioner från de experiment de kan utföra på jorden med högre energi. Det finns dock en risk för osäkerhet när dessa extrapoleringar utförs. Ett nytt protokoll minskar denna osäkerhet dramatiskt.
En forskningsartikel om detta ämne har publicerats i tidskriften Physics Letters B .
Det nya protokollet ger forskare ett bättre verktyg för att bestämma fusionshastigheten för protoner med beryllium-7 vid låg energi med hjälp av data från experiment utförda med högre energi. Resultatet överensstämmer statistiskt med det för närvarande rekommenderade värdet. Det minskar också osäkerheten med en faktor fem.
I framtiden kommer denna förbättring att få sällskap av liknande förbättringar för andra kritiska reaktionshastigheter i solen. Detta kommer att översättas till mer exakta förutsägelser baserade på standardsolmodellen. Denna solmodell beskriver hur solen och andra stjärnor förändras över tiden. Slutresultatet blir en förbättrad förståelse av neutrinos egenskaper och solens inre med hjälp av experiment som med hög precision mäter hur neutriner bildas i solen och sedan förflyttar sig till jorden.
Inom studien genomförde forskare en omfattande analys av protonsystemet beryllium-7 plus och gav förutsägelser med kvantifierade osäkerheter för dess fusionstvärsnitt som arbetar inom ramen för skalmodellen utan kärna med kontinuum, en första principsmetod som beskriver strukturen och reaktionsegenskaper hos lätta kärnor på samma fot. Användningen av en mängd olika två- och trenukleoninteraktioner från kiral effektiv fältteori såväl som multipla order av den kirala expansionen öppnade ett fönster till systemets universella egenskaper som beskrivs av denna lågenergieffektiva teori om kvantkromodynamik.
Forskarna har sålunda visat de underliggande särdragen i den förutsagda fångsthastigheten, vilket gör det möjligt att kombinera teoretiska beräkningar och mätningar för att producera en utvärderad proton-beryllium-7 astrofysisk fångsthastighet på S17(0) =19,8 ± 0,3 eVb, vilket överensstämmer med den nuvarande rekommenderat värde inom osäkerheter men visar felstaplar som är mindre med en faktor 5.
Forskarna förväntar sig att det nya protokollet som kombinerar prediktiva beräkningar (med kvantifierade osäkerheter) och experimentella data som etablerats genom detta arbete kommer att sätta en ny standard för utvärdering av ljusjonsastrofysiska reaktioner i regioner där experimentella mätningar inte är genomförbara. Till exempel kommer detta protokoll att hjälpa till med studier av fusionen av helium-3 med helium-4 och fångst av protoner på kväve-14 i solen.
Mer information: K. Kravvaris et al, Ab initio informerad utvärdering av strålningsfångningen av protoner på 7Be, Physics Letters B (2023). DOI:10.1016/j.physletb.2023.138156
Journalinformation: Fysikbokstäver B
Tillhandahålls av US Department of Energy
