Исследование горения звездного водорода с помощью мюонов и ядер
Мюон — это субатомная частица, похожая на электрон, но в 200 раз тяжелее. Он взаимодействует с ядрами посредством слабых сил, одной из четырех фундаментальных сил во Вселенной. Когда мюон связывается с дейтроном (состоящим из одного протона и одного нейтрона), образуется система с двумя нейтронами. Этот процесс аналогичен протон-протонному синтезу, когда два протона соединяются с образованием дейтрона.
Это важнейший этап в производстве энергии звездами. Хотя лабораторные исследования протон-протонного синтеза нецелесообразны, расчеты мюонного захвата дают ценные сведения.
Совместная группа ядерных теоретиков, включающая исследователей из Пизанского университета и Национального института физической ядерной физики (Италия), теоретического центра Национального ускорительного центра имени Томаса Джефферсона и Вашингтонского университета в Сент-Луисе, провели новое исследование, посвященное захвату мюона на дейтрон. Для исследования этого процесса ученые использовали усовершенствованные модели, полученные на основе хиральной теории эффективного поля и согласованных токов.
В исследовании, опубликованном в журнале , изучалась скорость захвата мюонов с помощью современных моделей, описывающих взаимодействие между нуклонами и их взаимодействие с мюонами. Принятая теоретическая база позволила исследователям выявить основные источники неопределенностей и количественно оценить их влияние. Они сравнили эффективность этого подхода с результатами предыдущих исследований. В результате сравнения было установлено, что неопределенность составляет около 2%, что в настоящее время ниже экспериментальных ошибок.
Данное исследование поддерживает текущие усилия по повышению точности измерений захвата мюонов. Оно также открывает путь к использованию той же теоретической базы для изучения протон-протонного синтеза и других процессов. Эти исследования помогут ученым смоделировать фазу горения водорода в звездах и понять потоки солнечных нейтрино.
В дальнейшем авторы намерены расширить исследование, включив в него процессы захвата мюонов на гелии-3 и литии-6, и сравнить полученные результаты с предыдущими исследованиями. Они также намерены применить эту схему для исследования других слабых процессов, имеющих отношение к стандартным моделям Солнца и потокам солнечных нейтрино, таких как слабый захват протона на другой протон и на гелий-3 (hep-реакция). Эти работы позволят получить ценные сведения об астрофизических значениях S-фактора при нулевой энергии, а также оценить связанные с ними теоретические неопределенности.