Группа ученых из Института современной физики и Сычуаньского университета провела прямое измерение реакции слияния ядер углерода ¹²C+¹²C при энергии 2,22 МэВ в системе центра масс. Для этого использовали ускоритель LEAF, сверхинтенсивный пучок ионов ¹²C²⁺ и мишень из высокоориентированного пиролитического графита (HOPG), который почти не дает фона. Детекторная система — комбинация Time Projection Chamber и кремниевых детекторов — позволила уловить даже редчайшие события слияния. Выход реакции ¹²C (¹²C,α₀)²⁰Ne  (с образованием α-частиц и неона в основном состоянии) составил порядка 10^-17 на один углеродный ион.

Но была проблема: мишень деградировала под действием пучка. После облучения зарядом 5 кулонов выход α-частиц упал на 51%, а протонов — на 25%. Это пришлось учитывать при расчетах. Тем не менее, эксперимент стал самым точным прямым измерением в Гамовском окне — диапазоне энергий, где идет углеродное горение в звездах.

Результаты опубликованы в издании Nuclear Science and Techniques.

Почему это важно

Слияние углерода — ключевой этап эволюции массивных звезд. Оно запускается при температурах в сотни миллионов градусов и определяет, как звезда закончит жизнь: взорвется как сверхновая Ia типа или сколлапсирует в нейтронную звезду.

Но в лаборатории такие условия воспроизвести почти невозможно — энергии слишком низкие, а сечения реакций крошечные  (порядка пикобарн).

Как ловили частицы

• TPC  (камера проекции времени) фиксировала треки частиц.
• Кремниевые детекторы определяли их тип по потере энергии (ΔE–E метод).
  Так удалось отделить α-частицы и протоны от фона.

Эксперимент показал: даже лучшие мишени не выдерживают длительных облучений. Значит, нужны новые материалы или методы. А еще — эти данные помогут уточнить звездные модели, ведь раньше в этом диапазоне энергий были только косвенные оценки.

Этот эксперимент важен для астрофизики и ядерной физики. Во-первых, он дает прямые данные о реакции, от которой зависит эволюция звезд. Во-вторых, показывает, как радиационные повреждения влияют на измерения — это критично для будущих экспериментов. В-третьих, методика может быть применена к другим реакциям, например, кислородному горению.

Главный недостаток — сильная деградация мишени. Если выход падает на 51%, значит, данные после 5 кулонов уже ненадежны. Возможно, стоило использовать вращающуюся мишень или охлаждение. Кроме того, неясно, как повлияло изменение состава поверхности (например, потеря водорода) на сечение реакции.

Ранее ученые открыли важный компонент звездообразования.