Зміна фундаментальних констант не допомогла берилію-8 стати стабільною

Процес синтезу берилію-8 залежить від значень фундаментальних постійних, які на ранніх етапах розвитку всесвіту могли бути іншими. У новій роботі американські фізики за допомогою комп'ютерного моделювання показали, що ця залежність не робить істотний внесок у первинний нуклеосинтез. Стаття опублікована в журналі.


Первинний нуклеосинтез (Big Bang nucleosynthesis) часто використовують для дослідження фізики раннього всесвіту. Наприклад, у той час значення фундаментальних констант могли бути іншими, що призвело б до істотної зміни концентрацій елементів, що утворюються. Знаючи поточні концентрації, можна встановити обмеження на значення цих констант.

Зокрема, цікаво, як при зміні фундаментальних констант могла б змінитися реакція розпаду берилію-8 і пов'язана з нею реакція горіння гелію-4, оскільки вона відіграє важливу роль у процесі синтезу важких елементів, особливо вуглецю (так звана потрійна гелієва реакція або потрійний альфа-процес). При поточних значеннях констант берилій-8 дуже нестабільний і швидко розпадається (період напіврозпаду близько 10 16 секунд), тому синтез вуглецю можливий тільки в зірках при великих температурах і щільностях плазми. У цій роботі фізики перевірили, чи могла ця реакція йти більш активно на ранніх етапах життя всесвіту.

Вчені розглядали залежність перерізу реакції злиття гелію-4 в берилій-8 від параметра B8, що являє собою різність мас вихідних ядер гелію і кінцевого ядра берилію. Цей параметр залежить від фундаментальних констант, наприклад, від постійної тонкої структури або константи гравітаційної взаємодії. У наш час B8 становить близько _ 0.092 мегаелектронвольт, але в статті вчені припускали, що параметр B8 позитивний і приймає значення до 3 мегаелектронвольт.

У моделі, яку використовують фізики, переріз реакції залежав від двох параметрів: енергії вихідних ядер у системі центру інерції (у ній найзручніше вивчати процеси взаємодії частинок) і параметра Зоммерфельда (Sommerfeld parameter). Потім вони виділяли з виразу для перерізу істотну частину (S-фактор) і розкладали її в ступеневий ряд навколо нульового значення енергії. Для цілей свого дослідження фізики використовували тільки нульовий порядок розкладання, який визначається єдиним параметром F0.

Потім вчені розрахували за допомогою комп'ютерного моделювання концентрації 8Be і 4He для різних значень параметрів B8 і F0. Виявилося, що істотного підвищення концентрацій берилію, а значить, і істотних змін в синтезі важких елементів, не відбувається аж до значень B8 порядку одного мегаелектронвольту (це добре видно на графіку). Таке значення може бути отримано зміною константи сильного зв'язку або постійної тонкої структури на величину близько 15 відсотків.

Також фізики досліджували синтез літію-7 під час злиття ядер 4He і 3H. Ця реакція пов'язана з реакцією освіти берилію, і концентрацію 7Li можна висловити через параметр B8. Виявилося, що хід цього процесу також істотно не змінюється при значеннях параметра, менших одного мегаелектронвольту.

Таким чином, робота вчених вказує на те, що освіта важких елементів у процесі первинного нуклеосинтезу малоймовірна. Тому велика частина важких елементів, включаючи вуглець, кисень і азот, утворилися в зірках, де щільність плазми і час злиття ядер елементів були вище.

Не так давно ми писали про процес синтезу важких хімічних елементів в результаті злиття нейтронних зірок і первинних чорних дір.

COM_SPPAGEBUILDER_NO_ITEMS_FOUND