«Частицы-призраки» могут быть секретом самых тяжелых элементов

Для создания больших атомов требуется большая энергия. Новая модель квантовых взаимодействий предполагает, что некоторые из легчайших частиц во Вселенной могут играть решающую роль в формировании хотя бы некоторых тяжелых элементов.

Физики из США показали, как известны субатомные «призрачные» частицы поскольку нейтрино могут заставить атомные ядра превращаться в новые элементы.

Это не только совершенно другой метод создания элементов тяжелее железа, но также может описать давно предполагаемый «промежуточный» путь, который находится на границе между двумя известными процессами, ядерным синтезом и нуклеосинтезом.

Для большинства элементов, больших, чем водород, теплого объятия большой яркой звезды достаточно, чтобы протоны и нейтроны преодолели свою сильную потребность отталкиваться друг от друга. достаточно долго, чтобы другие взаимодействия на близком расстоянии взяли верх. Этот термоядерный процесс высвобождает дополнительную энергию, помогая ядрам звезд оставаться очень теплыми.

Как только размер атомов вырастет примерно до 55 нуклонов (масса ядра железа), добавление дополнительных протонов потребует больше энергии, чем Процесс термоядерного синтеза, возможно, может окупиться.

Этот сдвиг в термоядерной экономике означает, что тяжеловесы таблицы Менделеева могут образовываться только тогда, когда дополнительные нейтроны прилипают к сгущающейся массе ядерных частиц на время, достаточное для того, чтобы одна из них распалась и вырвала электрон и нейтрино, превращая его в дополнительный протон, необходимый для квалификации в качестве нового элемента.

Обычно этот процесс протекает мучительно медленно, растягиваясь на протяжении десятилетий или даже столетий, поскольку ядра внутри крупных звезд сталкиваются, часто приобретая и теряя нейтроны с немногим когда-либо удалось переключиться на протонную форму в критический момент.

При достаточном ударе этот рост также может быть удивительно быстрым – за считанные минуты в горячем беспорядке коллапсирующих и сталкивающихся звезд.

Но некоторые физики-теоретики задавались вопросом, существуют ли другие пути, промежуточные между медленным или «s»-процессом и быстрым или «r»-процессом.

«Где находятся химические элементы неясно, и мы не знаем всех возможных способов их изготовления», — говорит ведущий автор исследования из Университета Висконсина, физик из Мэдисона Баха Балантекин.

«Мы считаем, что некоторые из них сделаны в взрывы сверхновых или слияния нейтронных звезд, и многие из этих объектов управляются законами квантовой механики, поэтому вы можете использовать звезды для изучения аспектов квантовой механики.»

Решение можно найти в квантовая природа потоков нейтрино – самых распространенных частиц с массой во Вселенной – которые выбрасываются в космическую среду.

Хотя они практически безмассовые, практически без каких-либо средств заявить об их присутствии, их простое количество означают, что испускание и периодическое поглощение этих эфемерных «частиц-призраков» все еще оказывают влияние на балансы протонов и нейтронов, летающих глубоко внутри массивных звезд, и на катастрофические космические события.

Одна из странных особенностей нейтрино — это его привычка колебаться внутри квантовой нечеткости, переключаясь между несколькими вариантами идентичности при пролете через пустое пространство.

Моделирование огромного количества нейтрино, переворачивающихся и переворачивающихся ароматов в хаотическом нуклонном супе, легче сказать, чем сделать, поэтому физики часто будут рассматривать их как единую систему, где свойства отдельных частиц рассматриваются как одна большая запутанная суперчастица.

Балантекин и его коллеги из Университета Джорджа Вашингтона и Калифорнийского университета в Беркли использовали это тот же подход, чтобы лучше понять, как ветры нейтрино, испускаемые новорожденной нейтронной звездой, врезающейся в окружающую среду, могут служить промежуточным процессом нуклеосинтеза.

Путем определения степени, в которой квантовая идентичность отдельных нейтрино зависит от Учитывая масштабы этого запутанного состояния, команда обнаружила, что эта призрачная буря может породить значительное количество новых элементов.

«В этой статье показано, что если нейтрино запутаны, то происходит усиленный новый процесс производство элементов, i-процесс», — говорит Балантекин.

Хотя в теории цифры складываются, проверка идеи — совсем другое дело.

Изучение взаимодействия «призрачных» Нейтрино на Земле все еще находится в зачаточном состоянии, поэтому исследователям приходится смотреть вдаль космоса в поисках доказательств новых способов соединения крупнейших элементов.

Это исследование было опубликовано в The Astrophysical Journal.