Trei procese alfa

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Secțiunea transversală a proceselor de nucleosinteză la temperaturi variate: procesul cu trei alfa necesită cea mai mare temperatură dintre cele trei procese principale.

Procesul cu trei alfa este procesul prin care trei nuclee de heliu ( particula α ) sunt transformate în cele din urmă în carbon după o serie complexă de reacții nucleare care trece prin sinteza beriliului -8, care este o reacție endotermă, adică absoarbe energia din plasmă. [1] [2] Face parte din reacțiile nucleare ale nucleosintezei stelare și se crede că trecerea de la ciclul CNO la procesul trei alfa este legată de faza de pulsație prin care trec unele stele numite cefeide .

Reacții

Trei diagrame de proces alfa

Această reacție de fuziune nucleară poate avea loc numai în medii bogate în heliu, supuse unor presiuni ridicate și temperaturi de peste 100.000.000 de grade. Prin urmare, apare doar în interiorul stelelor într-un stadiu avansat de evoluție, unde heliul produs de lanțul proton-proton și ciclul carbon-azot s- a acumulat în centrul stelei. Deoarece heliu produce inițial nici o energie, steaua se prăbușește până când temperatura din centrul ajunge la ~ 100 x 10 6 K necesară pentru topirea heliu , pentru a începe, având ca rezultat formarea de 8 Be , conform următoarei reacții:

4 He + 4 He ↔ 8 Be (-93,7 keV)
8 Fii + 4 He ↔ 12 C + γ (+ 7.367 MeV ) [3]

Prima reacție este endotermă, în timp ce a doua este exotermă. Prin urmare, energia netă totală eliberată de proces este de 7.275 MeV .

8 Be produs în primul pas este instabil și se descompune în doi nuclei de heliu în 2,6 × 10 −16 secunde. Dar în condițiile care permit fuziunea heliului, o mică abundență de 8 Be se formează în echilibru. Captarea unei alte particule alfa duce apoi la 12 C. Această conversie a trei particule alfa în 12 C se numește procesul celor trei alfa .

Cinetica reacției acestui proces este foarte lentă datorită instabilității lui 8 Be și, prin urmare, este necesară o perioadă lungă de timp pentru a da naștere la producția de carbon pornind de la o atmosferă inițială de hidrogen. O consecință este că carbonul nu se putea forma în momentul Big Bang-ului , deoarece temperatura universului a scăzut prea repede sub cea necesară pentru ca heliul să se topească.

În mod obișnuit, șansele acestei reacții ar fi extrem de mici. Dar beriliu -8 are aproape aceeași energie ca două particule alfa. În al doilea pas, 8 Be + 4 El are aproape același nivel de energie ca starea excitată de 12 C. Aceste rezonanțe cresc mult probabilitatea ca o particulă alfa incidentă să se combine cu beriliu-8 pentru a forma un miez de carbon.

Ca reacție secundară a procesului, un miez de carbon se poate fuziona cu un alt miez de heliu pentru a produce un izotop stabil de oxigen și a elibera energie:

12 C + 4 He → 16 O + γ (+7,162 MeV)

Aspecte istorice și conceptuale

Faptul că existența stabilă a carbonului depinde de nivelurile de energie ale nucleelor ​​atomice situate exact la punctul și cu valoarea necesară - în comparație cu numeroase altele posibile din punct de vedere fizic și cel puțin la fel de probabil - a fost o ipoteză avansată, cu o predicție exactă a factorilor menționați anterior. , mai întâi și numai de „astrofizicianul Fred Hoyle (la începutul anilor 1950 ), inspirat de procesele atomice din interiorul stelelor în studii referitoare în principal la clasa giganților roșii . Această ipoteză predictivă a lui Hoyle a fost, aproximativ trei ani mai târziu, verificată și confirmată experimental în laboratoarele din Caltech de către fizicianul nuclear cu care colaborase: William A. Fowler . El a aplicat această idee în cercetările sale, o ispravă care i-a adus premiul Nobel . [4] În acel moment și cel puțin până la începutul anilor 1960, colaborarea dintre fizicienii experimentali și astronomi era mai obișnuită și mai sinergică decât acum, ca și în cazul observării corpurilor cerești și stelare, a spectrelor lor electromagnetice și a fazelor de dezvoltare, încă încercam să înțeleagă multe mecanisme privind producerea elementelor atomice, difuzarea (sau abundența ) acestora și consecințele naturale atât în ​​ceea ce privește mediul terestru și interplanetar, cât și întregul cosmic. [5] Descoperirea acestei rezonanțe este judecată de simpatizanții principiului antropic unul dintre diferitele și relevante argumente în sprijinul concepției lor, întrucât este în întregime prezis și gândit pentru a explica aspectul vieții și, prin urmare, al speciei umane. [6] Dar chiar dacă tatăl teoretic al descoperirii procesului Hoyle nu a aderat niciodată la principiul antropic (ale cărui formulări semnificative sunt, în orice caz, posterioare acestei intuiții). El a meditat asupra alegerii ipotezei cu distincția scopului său biologic (plasând astfel biosfera ca un dat real de la care să înceapă în mod util să planifice linia de cercetare) încadrându-l apoi (luând în considerare regularitățile și calibrarea generală a legilor fizice globale ca fiind constantele cuplării ) [7] în ceea ce a fost viziunea sa particulară asupra genezei biochimice planetare: adică un fel de inginerie cosmică bazată pe o variantă parțială panspermìa de la ideea lui Svante August Arrhenius .

Spre deosebire de majoritatea academică, Hoyle a susținut ipoteza unui „design inteligent” (așa cum este definit în general acest tip de abordare), implementat de inteligențe extraterestre evoluate progresiv, distribuite și funcționând în universul considerat staționar , adică fără un început temporal. și nelimitat spațial. Tocmai această infinitate cosmică ar fi permis prezența entităților superioare, fiicelor și promotorilor unei dezvoltări științifice și tehnologice atât de înalte, încât este fără un termen și fără un început determinabil. În acest context, posibila imagine a unei divinități creatoare și a primei cauze nu este contemplată sau, în orice caz, păstrată în fundal și lipsită de conotații religioase, diferențiind acest model de creaționismul mai simplist. [8] Trebuie remarcat faptul că această perspectivă paradigmatică originală Hoyle s-a maturizat în timp și nu este simultană cu teorizarea sa a procesului triplu alfa .

Chiar și cunoscutul fizician și academician Paul Davies (în timp ce se îndepărta de teza lui Hoyle) evaluează acest proces nuclear atât de particular încât necesită interpretări epistemologice pe lângă fizica empirică și descriptivă. El reiterează faptul că procesul, care coincide cu producția de carbon și specifică cât de eficient este să permită forme organice și cerebrale destul de complexe, poate fi considerat în mod legitim un indiciu pentru păstrarea funcției vitale și (ca etapă evolutivă a acestuia) inteligență, integrală o parte din legile fizice conexe universului. Geneza și dezvoltarea vieții ar fi, prin urmare, chiar dacă nu sunt preordonate de mințile superioare, fenomene emergente necesare și nu aleatorii, inerente logic mecanismelor care reglementează constituirea cosmosului. Astfel, și conștiința ar juca un rol semnificativ și activ pentru ordinea naturală globală: în acest sens, autorul este legat, citându-l în mod expres, de faimoasa ipoteză pe care Eugene Wigner a elaborat-o cu motivații cuantice. Acest lucru îl determină să concluzioneze că, în prezența unor exoplanete suficiente cu condiții adecvate, formele exobiologice și posibilele civilizații extraterestre nu ar trebui să reprezinte un fenomen prea rar. [9]

Nucleosinteza stelară

Următorul pas în fuziune, unde oxigenul se combină cu o particulă alfa pentru a forma neon , este mult mai dificil din cauza regulilor de centrifugare nucleară. Acest lucru creează o situație în care nucleosinteza stelară produce cantități mari de carbon și oxigen, dar doar o mică parte din aceste elemente este convertită în neon și elemente mai grele.

Procesul de fuziune nucleară permite producerea de elemente până la nichel , care ulterior se descompune în fier. Elementele mai grele decât nichelul sunt rezultatul captării neutronilor. Procesul de captare lentă ( Procesul S ) duce la producerea a aproximativ jumătate din elementele grele. Restul sunt rezultatul procesului rapid de captare ( Procesul R ), legat de prăbușirea supernovelor .

Notă

  1. ^ Editori Appenzeller, Harwit, Kippenhahn, Strittmatter și Trimble, Astrophysics Library , Springer, New York, ediția a 3-a, ISBN.
  2. ^ Ostlie, DA și Carroll, BW, An Introduction to Modern Stellar Astrophysics , Addison Wesley, San Francisco, 2007, ISBN 0-8053-0348-0 .
  3. ^ CW Cook, W. Fowler, C. Lauritsen, T. Lauritsen, 12B, 12C, and the Red Giants , în Physical Review , vol. 107, nr. 2, 1957, pp. 508-515, Bibcode : 1957PhRv..107..508C , DOI : 10.1103 / PhysRev.107.508 .
  4. ^ John Boslough „Lorzii timpului”, a doua parte: cap.11-par. „ Nunta cosmică ” ed. Garzanti 1995.Stephen Hawking și Leonard Mlodinow "The Grand Design" -cp.VII. (2010)
  5. ^ Nici ca acceleratori și colizori de particule, ei nu aveau puterea de astăzi.
  6. ^ Paul Davies "Suntem singuri? Implicații filozofice ale descoperirii vieții extraterestre " cap. 5, ed. Laterza 1994.
  7. ^ De exemplu, magnitudinea interacțiunii nucleare puternice , cu valoarea precisă (E) corelată cu dezintegrarea în masă a radiației pure în mecanismul fundamental de fuziune producând H >> He , de unde și combinațiile nucleosintetice necesare pentru compoziția definitivă a ecosistemului nostru .
  8. ^ Fred Hoyle-NC Wickramasinghe "Evolution from space" (1981), trad.it by L.Sosio "Evolution from space", Etas Scientific Library-1984: pentru critica sa față de "principiul antropic" și rezumatul concepțiilor lui Hoyle (su relațiile dintre biologie și astronomie) a se vedea cap.9 și Concluzie , pentru informații suplimentare anexele tehnice de la sfârșitul textului.
  9. ^ Argument tratat de P. Davies în op.cit, a se vedea în special capitolul 5 din pag. 122 - 134.
Adus de la „ https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Processo_tre_alfa&oldid=120987913 ”