Če se od komore Laboratorija za fuzijske raziskave na pospeševalniku na Odseku F2 IJS ozremo proti pospeševalniku na isti žarkovni liniji pred lečo opazimo manjšo, na videz preprosto komoro z malo detektorji. Gre za laboratorij za nuklearno astrofiziko pod vodstvom prof. dr. Mateja Lipoglavška. Spoznali bomo, kaj vse se raziskuje v tem laboratoriju.

Komora. Foto: pospesek.si.

Fizikalno ozadje 

Nukleosinteza oz. nastanek novih elementov v mladem vesolju je potekala in v zvezdah še vedno poteka tako, da se lažji delci zlivajo v težje, torej vodik v helij in tako naprej vse do železa. Obenem lahko reakcijske preseke, torej verjetnost za uspešen trk med dvema takima delcema, ki vodi v sintezo novega elementa, v laboratorijih merimo s trki ionskih žarkov. Iz tako izmerjenih reakcijskih presekov bi pričakovali nekoliko drugačna izotopska razmerja elementov v vesolju, kot jih danes izmerimo. Očitno nečesa ne razumemo popolnoma. Najverjetneje so to reakcijski preseki, ki so ali narobe izmerjeni ali pa po hipotezi gre za efekt elektronskega senčenja. V laboratoriju se trki namreč izvajajo v nekem nabojnem stanju, ki ni nujno enako kot v vesolju in v zvezdah pri sintezi elementov z zlivanjem. Torej je pomembno tudi število elektronov okoli jedra.

Zakaj je to pomembno?

Linija do komore. Foto: pospesek.si.

Če si nasproti letita dva nevtralna atoma, potem bosta drug drugega na začetku, ko je razdalja med njima velika, “videla” še kot nevtralnega. Ko prideta se dovolj približata, tako da eden vstopi v območje elektronskega oblaka drugega atoma, je med jedroma atomov čedalje manj elektronov. Torej bo od daleč izgledala tarča nevtralna, ko pa se ji projektil zelo približa, postane pozitivno nabita. Zadeva je torej očitno odvisna od tega, koliko elektronov imata okoli sebe projektil in tarča. Če bi imeli dva popolnoma “slečena” kationa brez elektronov, bi že od daleč čutila med seboj precejšnjo elektrostatično odbojno silo in bi bila potrebna bistveno višja kinetična energija za uspešen trk in zlitje. Če z elektroni pozitivni naboj jedra senčimo, lahko s precej manjšo kinetično energijo delec prileti blizu jedra, preden ga dodatno začne ustavljati odbojna sila. Verjamemo, da je to pomemben mehanizem, ki vpliva na to, da do sedaj izmerjeni reakcijski preseki ne ujemajo z izmerjeno izotopsko sestavo vesolja.

Kamera. Foto: pospesek.si.

Kako je mogoče spreminjati efektivni naboj okoli delcev v eksperimentu?

To lahko dosežemo s tem, da delce postavimo v različna kemijska okolja. Tipična metoda bi bila, da z vodikom napojimo kovino in glede na to, koliko je vodika v kristalni rešetki kovine, ki je nosilec, in glede na to, na katera mesta v mreži se ta vodik vrine, simuliramo različna nabojna stanja vodiku. S tem lahko pripravimo situacijo, ki je eksperimentalno bolj podobna trkom, ki so vodili v nukleosintezo.

Linija

Pogled na komoro še iz druge smeri. Foto: pospesek.si.

Kot smo že omenili, je eksperimentalna komora manjša, kot pri ostalih eksperimentih, prav tako ima manjše število detektorjev.

Ker je razdalja od usmerjevalnega magneta do komore kratka, žarek še ne divergira in zato dodatna elektromagnetna leča za fokusiranje žarka še ni potrebna, saj zadostuje že zaslonka. 

Ko ionski žarek doseže komoro, zadene ob vzorec in nato rezultate trkov izmerita dva detektorja na komori. Prvi je detektor gama žarkov, ki pa trenutno ni pritrjen na komoro. Opazimo lahko tudi detektor s posodo za tekoči dušik, kar nam pove, da mora biti aktivno hlajen. Gre za DEE detektor, ki je sestavljen iz silicija, skozi katerega delci izgubijo del energije, ter germanija, ki delce popolnoma ustavi. Izguba energije v silicijevi plasti je za različne izotope različna in zato lahko ločimo med vodikom in devterijem in podobno med izotopi drugih elementov. Na zgornjo stran komore je pritrjena tudi kamera.

DEE detektor. Foto: pospesek.si.