Les éléments lourds sont produits lors de l'explosion stellaire ou à la surface des étoiles à neutrons par capture de noyaux d'hydrogène (protons). Cela se produit à des températures extrêmement élevées, mais à des énergies relativement basses. Une équipe de recherche internationale dirigée par l'Université Goethe a maintenant réussi à étudier la capture de protons dans l'anneau de stockage du GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung.

Comme le rapportent les scientifiques dans le numéro actuel de Lettres d'examen physique , leur objectif était de déterminer plus précisément la probabilité d'une capture de protons dans des scénarios astrophysiques. Comme l'explique le Dr Jan Glorius du département de recherche en physique atomique du GSI, ils ont été confrontés à deux défis dans cette entreprise :« Les réactions sont les plus probables dans des circonstances astrophysiques dans une gamme d'énergie appelée la fenêtre de Gamow. Dans cette gamme, les noyaux ont tendance à être un peu lents, ce qui les rend difficiles à obtenir dans l'intensité requise. En outre, la section efficace - la probabilité de capture de protons - diminue rapidement avec l'énergie. Jusqu'à maintenant, il a été presque impossible de créer les bonnes conditions dans un laboratoire pour ce genre de réactions."

René Reifarth, Il y a 10 ans déjà, un professeur d'astrophysique expérimentale à l'Université Goethe a suggéré une solution :les basses énergies dans la plage de la fenêtre de Gamow peuvent être atteintes plus précisément lorsque le partenaire de réaction lourd circule dans un accélérateur dans lequel il interagit avec un gaz protonique stationnaire. Il a obtenu ses premiers succès en septembre 2015 avec un groupe de chercheurs en début de carrière de Heimholtz. Depuis, son équipe a obtenu un excellent soutien du professeur Yuri Litvinov, qui dirige le projet de recherche financé par l'UE ASTRUM au GSI.

Dans l'expérience, l'équipe internationale a d'abord produit des ions xénon. Ils ont été décélérés dans l'anneau de stockage expérimental ESR et amenés à interagir avec des protons. Cela a entraîné des réactions dans lesquelles les noyaux de xénon ont capturé un proton et ont été transformés en césium plus lourd, un processus semblable à celui qui se produit dans les scénarios astrophysiques.

"L'expérience apporte une contribution décisive à l'avancement de notre compréhension de la nucléosynthèse dans le cosmos, " dit René Reifarth. " Grâce à l'installation d'accélérateurs haute performance de GSI, nous avons pu améliorer la technique expérimentale de décélération du partenaire de réaction lourd. Nous avons maintenant une connaissance plus précise de la zone dans laquelle les vitesses de réaction se produisent, qui jusqu'à présent n'avait été que théoriquement prédite. Cela nous permet de modéliser plus précisément la production d'éléments dans l'univers."