Studiare con i laser come viene prodotta la materia stellare

Usare i laser per studiare come viene prodotta la materia stellare. Indagare la nucleosintesi in condizioni simili a stelle utilizzando il più grande laser del mondo alla National Ignition Facility.

Nel più grande laser del mondo, il National Ignition Facility (NIF) a Livermore, in California, puoi trovare scienziati che casualmente creano condizioni simili a stelle usando 192 laser ad alta potenza. Le stelle nell'universo si formano attraverso un processo chiamato nucleosintesi, che fonde atomi più leggeri per creare nuovi nuclei atomici più pesanti. Elementi naturali trovati qui sulla Terra, come elio e alluminio, sono stati formati attraverso questo processo all'interno di una stella non diversamente dal nostro sole.

L'energia dei raggi laser NIF viene amplificata in un edificio equivalente alla lunghezza di tre campi da calcio e quindi focalizzata su minuscole capsule piene di gas o ghiaccio con pareti spesse 18 micron (circa lo spessore di un capello umano) e 3 mm di diametro esterno. La capsula viene posizionata accuratamente al centro di una camera bersaglio che ha un diametro di 10 metri. È come cercare di posizionare con precisione una formica nel centro esatto di uno scuolabus. Quando le capsule vengono fatte esplodere con tutti i 192 raggi laser, implodono, creando condizioni simili a stelle molto calde e molto dense.

Esperimenti in corso presso il National Ignition Facility (NIF) stanno studiando uno dei principali processi di nucleosintesi nel sole, la reazione 3He-3He tra due ioni di elio, in condizioni stellari. Questa reazione, mostrata nella Figura sopra, è responsabile di quasi la metà della generazione di energia nel nostro sole mentre brucia idrogeno in elio.

“La cosa più bella di questi esperimenti è che, diversamente dai precedenti studi sulla Terra, stiamo effettivamente sondando questa reazione a condizioni di temperatura e densità paragonabili a quelle trovate nelle stelle”, afferma la scienziata capo del progetto Maria Gatu Johnson (1) del MIT.

All'incontro dell'American Physical Society Division of Plasma Physics in Ft. Lauderdale, in Florida, la dottoressa Maria Gatu Johnson riferirà su come i protoni della reazione solare 3He-3He sono stati osservati in questi esperimenti in una serie di condizioni.

“Sorprendentemente”, afferma la dottoressa Maria Gatu Johnson, “i risultati preliminari mostrano che a temperature più basse, si osservano relativamente più protoni con energia più alta che con energia inferiore”.

Questi risultati aiuteranno gli scienziati ad aggiungere importanti vincoli ai calcoli teorici di questa complicata reazione e stimare la probabilità che accada la reazione 3He-3He, così come altri importanti processi nel sole. Ci sarà un altro giro di esperimenti, attualmente pianificato per il mese di febbraio 2020, in cui la dottoressa Maria Gatu Johnson ha in programma di caratterizzare meglio le temperature raggiunte in condizioni stellari.

Questi esperimenti fanno parte di un nuovo sforzo per studiare le reazioni di nucleosintesi e i fenomeni rilevanti in condizioni stellari usando i laser.

“I plasmi ad alta densità di energia sono l'unico laboratorio sulla terra che ricrea le condizioni estreme in cui gli elementi sono stati prodotti nell'universo”, afferma il co-principale investigatore Alex Zylstra del Lawrence Livermore National Laboratory. Il lavoro continuerà a utilizzare questa piattaforma per sondare altre reazioni di nucleosintesi e fenomeni rilevanti in futuro: questo è un modo nuovo e creativo di studiare come sono fatti gli astri.

Questo lavoro è stato supportato in parte dal Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti e dalla National Nuclear Security Administration (DE-NA0001857, DE-NA0002949, DE-NA0002905, DE-FG02-88ER40387, DE-NA-0001808, Center-of-Excellence grant DE-NA0003868).

Riferimenti:

(1) Maria Gatu Johnson

Descrizione foto: immagine del tempo di ripresa da un esperimento NIF per studiare la nucleosintesi stellare. Le reazioni solari 3He-3Le si verificano nel centro luminoso dell'immagine, dove le condizioni delle stelle molto calde e molto dense vengono create facendo esplodere una piccola capsula di plastica riempita di gas a 10 volte la pressione atmosferica con 192 raggi laser ad alta potenza. Alcuni dei raggi laser focalizzati possono essere visti arrivare dai lati superiore e sinistro dell'immagine. - Credit: Don Jedlovec, LLNL. Usage Restrictions: Don Jedlovec, LLNL.

Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: A star is born: Using lasers to study how star stuff is made