„Particulele-fantomă” ar putea fi secretul din spatele celor mai grele elemente din Univers

Publicat de Cosmin Meca, 1 iulie 2024, 08:56

Atomii mari necesită energie pentru a fi construiți. Un nou model al interacțiunilor cuantice sugerează acum că unele dintre cele mai ușoare particule din Univers ar putea juca un rol esențial în modul în care se formează cel puțin unele elemente grele.

Fizicienii din SUA au arătat cum particulele subatomice „fantomă” cunoscute sub numele de neutrini ar putea forța nucleele atomice să devină elemente noi.

Nu numai că aceasta ar fi o metodă complet diferită de construire a elementelor mai grele decât fierul, dar ar putea descrie, de asemenea, o cale „intermediară”, care se află la granița dintre două procese cunoscute, fuziunea nucleară și nucleosinteza.

Pentru majoritatea elementelor mai mari decât hidrogenul, îmbrățișarea unei stele mari și strălucitoare este suficientă pentru ca protonii și neutronii să își depășească nevoia puternică de a se îndepărta suficient timp pentru ca alte interacțiuni cu rază scurtă să preia controlul. Această îmbrățișare prin fuziune eliberează energie suplimentară, ajutând nucleele stelelor să rămână călduroase.

Odată ce atomii ajung la o dimensiune de aproximativ 55 de nucleoni – masa unui nucleu de fier – adăugarea de protoni suplimentari necesită mai multă energie decât poate returna procesul de fuziune.

Această schimbare în economia termonucleară înseamnă că piesele grele ale tabelului periodic se pot forma numai atunci când neutroni suplimentari se lipesc de masa de particule nucleare suficient de mult timp pentru ca una dintre ele să se dezintegreze și să emane un electron și un neutrin, transformându-se în protonul suplimentar necesar pentru a se califica drept element nou.

Un nou model al interacțiunilor cuantice

În mod normal, acest proces este extrem de lent, desfășurându-se pe parcursul a zeci de ani sau chiar secole, pe măsură ce nucleele din stelele mari se zbat, câștigând și pierzând frecvent neutroni, puțini reușind să treacă la protoni în momentul critic.

Dacă este suficient de puternică, această creștere poate fi, de asemenea, surprinzător de rapidă – în câteva minute în dezordinea fierbinte a stelelor care se prăbușesc și se ciocnesc. Dar unii fizicieni teoreticieni s-au întrebat dacă există și alte căi, intermediare între procesul lent și procesul rapid, scrie ScienceAlert.

„Nu este clar unde sunt fabricate elementele chimice și nu cunoaștem toate căile posibile prin care pot fi fabricate”, spune autorul principal al studiului, fizicianul Baha Balantekin de la Universitatea Wisconsin din Madison.

O soluție ar putea fi găsită în natura cuantică a inundațiilor de neutrini – cele mai abundente particule cu masă din Univers – care se revarsă în mediul cosmic. Deși sunt practic lipsiți de masă și nu au aproape niciun mijloc de a-și face simțită prezența, numărul lor mare înseamnă că emisia și absorbția ocazională a acestor „particule fantomă” efemere exercită totuși o influență asupra bugetelor de protoni și neutroni care zumzăie în adâncul stelelor masive și al evenimentelor cosmice cataclismice.

Un rol esențial în modul în care se formează cel puțin unele elemente grele

O ciudățenie bizară a neutrinului este obiceiul său de a oscila într-o neclaritate cuantică, trecând prin mai multe faze ale identității în timp ce zboară prin spațiul gol. Fizicienii îi tratează adesea ca pe un singur sistem, în care proprietățile particulelor individuale sunt considerate ca fiind o superparticulă mare și încâlcită.

Balantekin și colegii săi de la Universitatea George Washington și de la Universitatea din California, Berkeley, au utilizat aceeași abordare pentru a înțelege mai bine modul în care vânturile de neutrini emise de o stea neutronică nou-născută care se izbește de mediul înconjurător ar putea servi ca proces intermediar de nucleosinteză.

Determinând măsura în care identitatea cuantică a neutrinilor individuali depinde de amploarea acestei stări încâlcite, echipa a descoperit că o cantitate semnificativă de elemente noi ar putea fi generată de această furtună fantomatică.

În timp ce, în teorie, cifrele se potrivesc, testarea ideii este o cu totul altă problemă.

Studiul interacțiunilor neutrinilor „fantomatici” pe Pământ este încă la început, lăsând cercetătorii să privească în depărtarea spațiului în căutarea dovezilor unor noi moduri în care cele mai mari elemente se unesc.

Această cercetare a fost publicată în The Astrophysical Journal.

sursa: descopera.ro