Des astrophysiciens nucléaires ont réussi à créer le premier faisceau d'accélérateur de particules à basse énergie en profondeur aux États-Unis, les rapprochant un peu plus de la compréhension de la construction des éléments de notre univers.

A travers le projet, appelé CASPAR (Compact Accelerator System for Performing Astrophysical Research), les chercheurs vont recréer les processus de fusion nucléaire responsables de la génération d'énergie et de la production d'éléments dans les étoiles, pour mieux comprendre comment les étoiles brûlent et quels éléments elles créent en le faisant.

CASPAR est l'un des deux seuls accélérateurs souterrains au monde, situé à l'installation de recherche souterraine de Sanford (SURF), en plomb, Dakota du Sud.

L'autre, le Laboratoire d'Astrophysique Nucléaire Souterrain (LUNA) est situé en Italie, près de la montagne du Gran Sasso.

« Installer et exploiter des accélérateurs sous terre est un défi considérable, " a déclaré Michael Wiescher, Professeur Freimann de physique nucléaire à l'Université de Notre Dame. « CASPAR est unique car il couvre une gamme énergétique plus large que l'accélérateur LUNA. Il nous permet, pour la première fois, explorer les réactions de combustion de l'hélium stellaire, qui se déroulent dans des stars comme Bételgeuse, dans des conditions de laboratoire. A travers ces études, nous apprendrons l'origine de l'oxygène et du carbone en tant qu'ingrédients les plus importants de la vie biologique dans l'univers, et nous découvrirons les mécanismes que les étoiles ont développés pour produire des éléments progressivement plus lourds grâce à des processus de fusion de neutrons."

Wiescher et le professeur adjoint de recherche Dan Robertson dirigent l'équipe de Notre Dame, travaillant en collaboration avec des chercheurs de la South Dakota School of Mines and Technology et de la Colorado School of Mines.

"La complexité de déplacer une installation d'accélérateur profondément sous terre est largement compensée par les avantages potentiels lors de la recréation de réactions nucléaires d'intérêt astrophysique, " dit Robertson. " Actuellement, une quantité importante d'informations dont nous disposons sur les réactions qui se déroulent dans les conditions exactes à l'intérieur d'une étoile ne peut être extrapolée qu'à partir de données dans d'autres gammes d'énergie. C'est principalement parce que la probabilité de cette réaction est si faible, et sans matériel digne d'une star pour jouer avec, il est difficile à mesurer lorsqu'il est en concurrence avec le fond cosmique. Nous espérons mesurer directement les réactions clés dans les scénarios de production élémentaire, fournissant des informations sur leur comportement et aidant à comprendre comment et où le matériel de notre vie quotidienne a été produit. »

L'accélérateur de particules à faible énergie de 50 pieds a été assemblé 4, 850 pieds sous terre en août 2015 et a été transporté en morceaux depuis sa maison d'origine à Notre Dame. Les chercheurs ont chargé les pièces dans un élévateur à cage et les ont déplacées vers l'espace expérimental de l'ancienne mine d'or Homestake via un chariot de mine. Prendre le projet sous terre le protège du rayonnement cosmique auquel la Terre est constamment exposée, qui peuvent interférer avec des expériences de physique très sensibles.

"Ces types d'études ont besoin d'un environnement exempt de rayons cosmiques comme cela n'est fourni qu'à des endroits comme SURF, " a déclaré Wiescher.

La fusion nucléaire qui a lieu à l'intérieur d'une étoile est ce qui crée les éléments nécessaires à la vie. Des étoiles plus âgées, né à l'époque du Big Bang, se composent de très peu d'éléments, tandis que les étoiles plus jeunes incluent une accumulation d'éléments plus lourds tels que le plomb et l'or.

Comprendre que l'accumulation d'éléments n'est qu'une des nombreuses questions auxquelles les chercheurs espèrent aider à répondre à travers une série d'expériences CASPAR.

Avec les opérations en cours, l'équipe prévoit commencer la collecte de données à l'automne.