Într-o cercetare recentă oamenii de știință au studiat cum muonii, particule asemănătoare electronilor însă cu masa de circa 200 de ori mai mare, sunt capturați de nuclee, pentru a înțelege mai bine reacțiile nucleare care au loc în inima stelelor. Noul studiu are o precizie mai mare decât a datelor experimentale actuale.
Cum se menține în viață o stea?
Stelele se mențin în viață datorită echilibrului dintre două procese care au efecte opuse: atracția gravitațională și procesele nucleare din interiorul lor.
Atracția gravitațională ar avea ca efect, în lipsa altor forțe, colapsul stelei, eventual într-o gaură neagră. Procesele nucleare din inima stelei ar avea că efect – în lipsa gravitației – explozia stelei. Deci atâta vreme cât cele două forțe opuse se mențin în echilibru steaua este (relativ) stabilă. În momentul în care una dintre cele două – și nu poate fi alta decât fuziunea nucleară – nu mai reușește să facă față, steaua „moare”.
În funcție de masa stelei, moartea acesteia poate să fie mai mult sau mai puțin spectaculoasă. Stelele cu masă mare trăiesc mai puțin decât cele cu masă mică. Soarele nostru, de exemplu, va trăi circa 10 miliarde de ani. La ora actuală ne găsim la jumătatea vieții sale.
Procesele nucleare din stele
O stea este în mare parte compusă din nuclee foarte ușoare (cel puțin la început) – mai ales nuclee de hidrogen, adică de fapt… protoni. La temperaturile extreme din interiorul unei stele (milioane de grade), aceste nuclee interacționează între ele și dau naștere – în urma fuziunii nucleare – unor nuclee din ce în ce mai grele. Este vorba despre procese nucleare, descrise de teoria interacțiunii nucleare (cea care are la bază cuarcii și gluonii ce formează protonii și neutronii).
Și noi am vrea să stăpânim aceste procese de fuziune nucleară, care generează multă energie, prin transformarea unei părți din masa nucleelor ce se unesc în energie. Acest proces ar putea fi folosit în reactoare nucleare bazate pe fuziune. Dar generarea condițiilor de fuziune (echivalente cu temperatura din nucleul stelelor) este foarte dificil de realizat. Din punct de vedere al fizicii nucleare, încă nu cunoaștem foarte bine toate detaliile. Din acest motiv, studiul proceselor nucleare, atât slabe cât și tari, este foarte important.
Captura muonilor pentru a înțelege stelele
Într-un articol publicat recent în Frontiers of Physics un grup de cercetători a studiat captura muonilor în nuclee de deuteriu (un izotop al hidrogenului care conține în nucleu un proton și un neutron). Muonii sunt particule asemănătoare electronilor, doar că au masa de circa 200 de ori mai mare.
Acest proces de captură este asemănător cu cel al procesului nuclear (slab) care implică doi protoni. Studiul capturii muonilor – care se poate realiza mai ușor în laboratoarele noastre – ne dă așadar informații indirecte asupra proceselor nucleare care au loc în nucleul stelei. În urma capturii muonului de către un nucleu de deuteriu se nasc doi neutroni și un neutrino muonic.
Cercetătorii au studiat din punct de vedere teoretic acest proces, folosind o teorie efectivă chirală (chiral effective field theory). Această teorie descrie interacțiunea nucleară având la bază simetrii ale naturii și modul în care acestea sunt „rupte”.
CITIȚI ȘI: Misterele vieţii: „chiralitatea” moleculelor
Un pas mai aproape spre înțelegerea stelelor
Rezultatul obținut de cercetători este un calcul cu o precizie de circa 2% a capturii muonilor, precizie care este mai bună decât cea a datelor experimentale obținute până acum. Noi experimente mai precise ne-ar putea spune dacă teoria descrie aceste rezultate sau nu.
Studiul are implicații asupra modului în care înțelegem interacțiunea protonilor în stele, adică procesul în urmă cărora doi protoni generează un deuteron, un pozitron (antimateria electronului) și un neutrino electronic.
