Το αίνιγμα της προέλευσης των στοιχείων στο Σύμπαν επιχειρείται να λυθεί στο Εθνικό Εργαστήριο Gran Sasso

Μια σπάνια πυρηνική αντίδραση που συμβαίνει στους ερυθρούς γίγαντες παρατηρήθηκε για πρώτη φορά στο Εθνικό Εργαστήριο Gran Sasso, στην Ιταλία. Αυτό το αποτέλεσμα επιτεύχθηκε με το πείραμα LUNA, τη μόνη εγκατάσταση επιταχυντή του κόσμου που λειτουργεί πολύ βαθιά κάτω από το έδαφος. Το LUNA είναι μια διεθνής συνεργασία που περιλαμβάνει περίπου 50 Ιταλούς, Γερμανούς, Σκωτσέζους και της Ούγγρους ερευνητές.

Το πείραμα LUNA στο Εθνικό Εργαστήριο Gran Sasso (LNGS), του Εθνικού Ινστιτούτου Πυρηνικής Φυσικής (INFN), στην Ιταλία, παρατήρησε μια σπάνια πυρηνική αντίδραση που λαμβάνει χώρα στα γιγάντια ερυθρά άστρα, ένα τύπος άστρου στον οποίο θα εξελιχθεί επίσης και ο δικός μας ήλιος. Αυτή η αντίδραση είναι η πρώτη άμεση παρατήρηση της παραγωγής νατρίου σε αυτά τα άστρα, μία από τις πυρηνικές αντιδράσεις που είναι θεμελιώδεις για τη διαμόρφωση των στοιχείων που συνθέτουν το σύμπαν. Η μελέτη έχει δημοσιευθεί στο Physical Review Letters.

Το LUNA (Laboratory for Underground Nuclear Astrophysics) είναι ένας συμπαγής γραμμικός επιταχυντής. Είναι ο μόνος στον κόσμο που εγκαταστάθηκε σε υπόγεια εγκατάσταση, που τον προστατεύει από τις κοσμικές ακτίνες. Το πείραμα έχει ως στόχο να μελετήσει τις πυρηνικές αντιδράσεις που λαμβάνουν χώρα μέσα στα άστρα, όπου, σαν σε μια ενδιαφέρουσα και καταπληκτική κοσμική κουζίνα, τα στοιχεία που αποτελούν την ύλη σχηματίζονται και στη συνέχεια εκτινάσσονται προς τα έξω με γιγάντιες εκρήξεις και σκορπίζονται ως κοσμική σκόνη.

Για πρώτη φορά, αυτό το πείραμα παρατήρησε τρεις «συντονισμούς» στον κύκλο νέον-νατρίου που είναι υπεύθυνος για την παραγωγή του νατρίου στους ερυθρούς γίγαντες και την παραγωγή ενέργειας. Με τον ίδιο τρόπο όπως στην ακουστική, ένας «συντονισμός» είναι μια ιδιαίτερη κατάσταση που κάνει την αντίδραση στο εσωτερικό του άστρου εξαιρετικά πιθανή. Το LUNA αναδημιουργεί τις περιοχές ενέργειας των πυρηνικών αντιδράσεων και, με τον επιταχυντή του, πηγαίνει ένα δισεκατομμύριο χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, πίσω στο χρόνο, στο σχηματισμό των πρώτων άστρων και την έναρξη εκείνων των διαδικασιών που οδήγησαν σε μυστήρια που ακόμα δεν καταλαβαίνουμε πλήρως, όπως την τεράστια ποικιλία των ποσοτήτων των στοιχείων στο σύμπαν.

«Το αποτέλεσμα αυτό είναι ένα σημαντικό κομμάτι στο puzzle της προέλευσης των στοιχείων στο σύμπαν, που το πείραμα μελετάει τα τελευταία 25 χρόνια», σημείωσε ο Paolo Prati, εκπρόσωπος τύπου για το πείραμα LUNA. «Τα άστρα παράγουν ενέργεια και την ίδια στιγμή συγκεντρώνουν άτομα μέσω ενός περίπλοκου συστήματος πυρηνικών αντιδράσεων. Ένας πολύ μικρός αριθμός αυτών των αντιδράσεων μελετήθηκαν στις συνθήκες κάτω από τις οποίες συμβαίνουν στο εσωτερικό των άστρων και μια μεγάλη αναλογία των εν λόγω ελάχιστων περιπτώσεων παρατηρήθηκαν με αυτόν τον επιταχυντή».

Το LUNA χρησιμοποιεί ένα συμπαγές γραμμικό επιταχυντή στον οποία δέσμες υδρογόνου και ήλιου επιταχύνονται και οδηγούνται να συγκρουστούν με ένα στόχο (στην περίπτωση αυτή, ένα ισότοπο νέον), για να παραχθούν άλλα σωματίδια. Ειδικοί ανιχνευτές λαμβάνουν εικόνες των προϊόντων των συγκρούσεων και αναγνωρίζουν την αντίδραση για να εξεταστεί. Αυτές οι εξαιρετικά σπάνιες διαδικασίες μπορούν να ανιχνευθούν μόνο σε συνθήκες κοσμικής σιωπής. Τα πετρώματα που περιβάλλουν την υπόγεια εγκατάσταση στο Εθνικό Εργαστήριο Gran Sasso, θωρακίζουν το πείραμα από τις κοσμικές ακτίνες και προστατεύουν τις μετρήσεις του.