Международная исследовательская группа совершила важный прорыв в области астрофизики, успешно проведя измерения ядерных реакций при экстремально низких энергиях в экспериментальном комплексе GSI/FAIR в Дармштадте (Германия).
Используя накопительное кольцо CRYRING@ESR, учёные смогли опустить энергию столкновения частиц до 403 килоэлектронвольт (кэВ). Это новый мировой рекорд: впервые ядерная реакция была зафиксирована в кольце тяжёлых ионов при столь низком уровне энергии, который напрямую соответствует условиям внутри горячих звёзд.
Главная трудность при моделировании «звёздного синтеза в лаборатории» заключается в том, что при низких скоростях вероятность взаимодействия атомных ядер (сечение реакции) становится ничтожно малой. В условиях обычного ускорителя частицы при таких энергиях быстро теряются.
Чтобы решить эту проблему, физики использовали уникальное кольцо CRYRING, способное удерживать и охлаждать пучки ионов. Как объясняет главный автор работы, Джордан Марш (Jordan Marsh) из Эдинбургского университета, для успеха потребовался экстремально высокий вакуум и работа специальных систем электронного охлаждения, которые позволяют фокусировать пучок частиц и не давать им рассеиваться.
Установка CARME. Фото: C. Bruno, GSI / FAIR
В ходе эксперимента пучок ионов азота сталкивался с мишенью из криогенного водородного газа. Для фиксации продуктов реакции использовалась детекторная система высокого разрешения CARME (CRYRING Array for Reaction Measurements).
Данные, полученные в ходе столкновений, полностью совпали с теоретическими предсказаниями, что подтвердило эффективность нового метода. Это открывает путь к изучению экзотических атомных ядер, которые живут лишь доли секунды, но играют ключевую роль в формировании химических элементов во Вселенной.
Значение этого успеха выходит далеко за рамки чистого эксперимента. Исследователи планируют использовать установку CRYRING@ESR для изучения первичного нуклеосинтеза — процесса образования лёгких элементов (таких как дейтерий) в первые минуты после Большого взрыва.
Понимание этих реакций позволит точнее восстановить историю ранней Вселенной и решить загадки, связанные с распространённостью изотопов. До конца 2026 года в Центре планируется серия новых экспериментов с использованием собственного источника ионов, что превратит CRYRING в одну из самых точных площадок для «космической археологии» на атомном уровне.
