Физики установили рекорд низких энергий для термоядерного синтеза в лабораторных условиях

Международный коллектив исследователей добился значимого прогресса в области астрофизики, впервые успешно измерив ядерные реакции при сверхнизких энергиях на базе экспериментального комплекса GSI/FAIR в Дармштадте, Германия.

Применив возможности накопительного кольца CRYRING@ESR, специалисты достигли рекордного показателя энергии столкновения частиц — 403 килоэлектронвольта (кэВ). Это достижение стало историческим максимумом: впервые ядерное взаимодействие в накопительном кольце тяжёлых ионов было зарегистрировано при столь низких энергетических уровнях, напрямую сопоставимых с процессами внутри горячих звёзд.

Основной вызов при воспроизведении «звёздного нуклеосинтеза» в земных условиях заключается в том, что при малых скоростях вероятность слияния атомных ядер (сечение реакции) становится крайне незначительной. В стандартных ускорителях частицы с подобными низкими энергиями быстро теряют интенсивность пучка.

Для преодоления этих ограничений физики задействовали уникальный потенциал установки CRYRING, способной удерживать и охлаждать ионные пучки. Как отмечает руководитель исследования Джордан Марш из Эдинбургского университета, для достижения результата потребовалось создание глубокого вакуума и использование передовых систем электронного охлаждения, которые фокусируют пучок, предотвращая рассеивание частиц.

В ходе опыта пучок ионов азота направлялся на мишень, представлявшую собой криогенный водородный газ. Регистрация продуктов реакции осуществлялась с помощью высокоточной детекторной системы CARME (*CRYRING Array for Reaction Measurements*).

Полученные экспериментальные данные в точности соответствуют теоретическим расчётам, подтверждая надёжность предложенного подхода. Данный прорыв открывает широкие возможности для детального изучения короткоживущих экзотических ядер, которые играют фундаментальную роль в синтезе химических элементов во Вселенной.

Значимость этого открытия выходит за рамки узкоспециализированного эксперимента. Учёные намерены использовать возможности CRYRING@ESR для исследования первичного нуклеосинтеза — процесса формирования лёгких элементов, таких как дейтерий, в эпоху ранней Вселенной.

Углубление знаний об этих процессах позволит реконструировать историю мироздания с большей точностью и найти ответы на вопросы о распределении изотопов. Планируемая до конца 2026 года серия экспериментов с использованием собственного источника ионов призвана превратить комплекс CRYRING в одну из наиболее совершенных мировых площадок для проведения «космической археологии» на субатомном уровне.

Источник: iXBT