Новая оценка дает более четкую картину термоядерного синтеза на Солнце
Большая часть энергии Солнца и других звезд поступает в результате цепочки реакций ядерного синтеза. Конец этой цепочки отмечен слиянием протонов с бериллием-7 с образованием бора-8. Этот процесс является ключевым в определении потока солнечных нейтрино высоких энергий, которые достигают Земли.
Низкоэнергетические условия, в которых происходят эти реакции внутри Солнца, практически невозможно воспроизвести в лабораториях на Земле. Поэтому ученые полагаются на теоретические расчеты, чтобы экстраполировать скорость этих ядерных реакций из экспериментов, которые они могут проводить на Земле при более высоких энергиях.
Однако при выполнении этих экстраполяций существует риск неопределенности. Новый протокол значительно снижает эту неопределенность.
Он дает ученым лучший инструмент для определения скорости слияния протонов с бериллием-7 при низкой энергии, используя данные экспериментов, проведенных при более высоких энергиях. Результат статистически согласуется с рекомендуемым на данный момент значением. Это также уменьшает неопределенность в пять раз.
В будущем к этому улучшению будут добавлены аналогичные улучшения для других критических скоростей реакции на Солнце. Это приведет к более точным прогнозам, основанным на стандартной солнечной модели. Эта солнечная модель описывает, как Солнце и другие звезды меняются со временем.
Конечным результатом станет лучшее понимание свойств нейтрино и внутренней части Солнца с помощью экспериментов, которые с высокой точностью измеряют, как нейтрино формируются на Солнце, а затем движутся к Земле.
В рамках исследования ученые провели обширный анализ системы бериллий-7 плюс протон и предоставили прогнозы с количественной неопределенностью для термоядерного синтеза, работая в рамках модели оболочки без ядра с континуумом, подхода, который описывает структуру и реакционные свойства легких ядер.
Использование различных двух- и трехнуклонных взаимодействий из киральной эффективной теории поля, а также нескольких порядков кирального разложения открыло окно в универсальные свойства системы, описываемые этой низкоэнергетической эффективной теорией квантовой хромодинамики.
Таким образом, исследователи продемонстрировали основные особенности прогнозируемой скорости захвата, позволяющие комбинировать теоретические расчеты и измерения для получения оцененной астрофизической скорости захвата протона-бериллия-7, равной S17 (0) = 19,8 ± 0,3 eV b, что согласуется с рекомендуемым в настоящее время значением в пределах неопределенностей, но представляет собой погрешности, которые являются меньше в 5 раз.
Исследователи ожидают, что новый протокол, сочетающий прогнозные расчеты (с количественной неопределенностью) и экспериментальные данные, полученные в ходе этой работы, установит новый стандарт для оценки астрофизических реакций легких ионов в регионах, где экспериментальные измерения невозможны.
Например, этот протокол поможет в исследованиях слияния гелия -3 с гелием-4 и захвата протонов азота-14 на Солнце.
Исследовательская статья на эту тему опубликована в журнале Physics Letters B.