Sposób powstawania dużych atomów zawierających wiele protonów w gwiazdach
Z wyjątkiem najlżejszych atomów wszystkie atomy powstawały w gwiazdach na różnych etapach ewolucji gwiazd, w ramach różnych procesów nukleosyntezy. Pierwiastki cięższe od żelaza są wytwarzane głównie w drodze reakcji jądrowych wywoływanych przez neutrony. Istnieje jednak kilkadziesiąt ciężkich i zawierających wiele protonów izotopów, które nie mogą być wytwarzane w drodze reakcji jądrowych wywoływanych przez neutrony obserwowanych podczas ewolucji gwiazd. Są to tzw. izotopy p. Proces p jest jednym z najsłabiej poznanych procesów nukleosyntezy. Obliczenia modelowe procesu p wymagają zastosowania ogromnych sieci reakcji, a tempo tych wszystkich reakcji stanowi niezbędne dane wejściowe do tych obliczeń. Na postawie obliczeń modelowych nie było możliwe wystarczająco dobre odtworzenie wielości izotopów p występujących w naturze. Jedną z przyczyn takiego stanu rzeczy jest niedostateczna wiedza w dziedzinie fizyki jądrowej wymaganej do stworzenia tych modeli. Konieczne jest zatem doświadczalne określenie tempa reakcji na podstawie pomiarów przekroju czynnego reakcji. W bazie danych doświadczalnych dotyczących procesu p brakowało informacji o przekrojach czynnych wywołanych przez cząstki alfa w regionie masy ciężkich izotopów p. Głównym celem projektu ATOMKI-PPROCESS (Nuclear reaction studies relevant to the astrophysical p-process nucleosynthesis) było zbadanie reakcji wywoływanych przez naładowane cząstki w zakresach masy i energii procesu p. Skupiono się na badaniach reakcji jądrowej w tym obszarze. Jednym z najważniejszych i najbardziej niepewnych wejściowych parametrów jądrowych wykorzystywanych w obliczeniach jest potencjał optyczny jądra cząstek alfa. Tę wartość można badać doświadczalnie przy wykorzystaniu wysoce precyzyjnych doświadczeń polegających na rozpraszaniu elastycznym cząstek alfa. Określenie potencjałów optycznych w drodze doświadczeń rozpraszania było drugim głównym celem projektu. Aby umożliwić zaplanowane pomiary przekroju czynnego, wymagane było zastosowanie wysokowydajnych detektorów promieniowania gamma i nowoczesnych przyrządów z obszaru elektroniki jądrowej. Naukowcy zmodernizowali komorę rozpraszania wykorzystywaną w doświadczeniach rozpraszania elastycznego cząstek alfa. Ponadto zaprojektowali, skonstruowali i przetestowali nową docelową komorę do pomiaru przekroju aktywnego w wiązce. Członkowie projektu ATOMKI-PPROCESS przeprowadzili skomplikowane technicznie doświadczenia związane z pierścieniem akumulującym i badania reakcji wywołanych przez promieniowanie gamma. Ponadto wykonali wysoce precyzyjne pomiary okresu półrozpadu na badanych izotopach promieniotwórczych. W oparciu o doświadczenia rozpraszania zaproponowano nowy globalny potencjał optyczny jądra cząstek alfa do zastosowań w astrofizyce. Zestawy danych zgromadzonych w ramach projektu wniosły znaczący wkład do lepszego zrozumienia procesu wytwarzania izotopów p we wszechświecie.
Słowa kluczowe
Supernowe, jądrowy proces p, izotopy, reakcja jądrowa, nukleosynteza, rozpraszanie cząstek alfa, detektory promieniowania gamma, pomiary okresu półrozpadu
