Как возникают самые тяжелые элементы во Вселенной: физики указывают на призрачные частицы

Фото: BBC

Физики, опубликовавшие результаты исследования в The Astrophysical Journal, пришли к выводу, что так называемые призрачные частицы или нейтрино, могут способствовать возникновению новых тяжелых химических элементов. Ученые считают, что существует еще один способ создания элементов, тяжелее железа. При этом он описывает гипотетически предполагаемый механизм возникновения самых тяжелых элементов, который находится между термоядерным синтезом и нуклеосинтезом, пишет ScienceAlert.

Где создаются химические элементы?

Во время термоядерного синтеза в ядрах звезд возникают новые более тяжелые, чем водород, химические элементы. Это происходит из-за слияния атомов водорода, когда протоны и нейтроны начинают входить в состав ядер атомов других элементов. Но максимум, что может создать звезда – это атомы железа. Для того, чтобы появились более тяжелые элементы нужны дополнительные протоны в ядре атома, но для этого нужно больше энергии, чем может дать термоядерный синтез.

Таким образом самые тяжелые элементы периодической таблицы возникают только тогда, когда дополнительные нейтроны присоединяются к другим частицам атома на нужное время. Этого времени достаточно, чтобы возник дополнительный протон и таким образом возник новый элемент.

Обычно этот процесс происходит очень медленно, в течение сотен лет. Но этот процесс происходит чрезвычайно быстро, за считанные минуты, когда происходит взрыв сверхновой, то есть звезда умирает, или же две нейтронные звезды сталкиваются друг с другом. Физики уже давно пытались выяснить, существует ли промежуточный механизм создания химических элементов между медленным или s-процессом и быстрым r-процессом.

Нейтрино помогают создавать самые тяжелые химические элементы

Авторы исследования считают, что, возможно, создание самых тяжелых химических элементов связано с квантовой природой потоков нейтрино. Это самые распространенные частицы во Вселенной, которые выбрасывают звезды в космос. Эти так называемые призрачные частицы почти не имеют массы и их очень сложно обнаружить. Физики считают, что их огромное количество и другие факторы указывают на то, что эти частицы оказывают огромное влияние на количество нейтронов и протонов в недрах массивных звезд, также во время катастрофических космических событий.

Одной из особенностей нейтрино является наличие нейтринных осцилляций. Это значит, что эти частицы могут превращаться в нейтрино другого вида во время полета сквозь Вселенную. Создать модель огромного количества нейтрино, которые меняются сложно. Поэтому физики часто рассматривают их как единую систему, где свойства отдельных частиц рассматриваются как одна большая запутанная сверхчастица. Авторы исследования использовали тот же подход, чтобы лучше понять, как потоки нейтрино, которые выпускает молодая нейтронная звезда могут быть промежуточным механизма создания ядер атомов новых тяжелых элементов.

Физики определили в какой степени квантовая идентичность отдельных нейтрино зависит от степени запутанного состояния и обнаружили, что потоки нейтрино могут создавать большое количество новых тяжелых химических элементов. По словам ученых, если нейтрино запутаны, то происходит совершенно новый процесс создания химических элементов, который они назвали i-процесс.

Но все это остается лишь на уровне теории и теперь осталось ее проверить на практике, а это очень непросто сделать.

Ирина Скиба / Skibair
Журналист ATinform