Kernereaktionen hvor kulstof-12 indfanger en alfapartikel og bliver til Oxygen-16 er meget vigtig i astrofysikken, men det er yderst vanskeligt at beregne sandsynligheden for reaktionen under de forhold, som hersker inde i det indre af de røde kæmpestjerner. I en nylig artikel i tidsskriftet Physical Review Letters beskriver er forskerhold ledet af Oliver Kirsebom, tidligere IFA, og en lang række medarbejdere hvoraf flere også er fra IFA, hvordan det er lykkedes at forbedre tidligere målinger betragteligt.

 I forsøgene bruger forskerne isotopen ¹⁶N, som vi tidligere har beskrevet det i en IFA Nyhed her.

De nye forsøgsresultater er baseret på samme reaktion, men forsøgsprocessen er anderledes. Den nye detektoropstilling IDS ved ISOLDE ved CERN bruges til at generere de radioaktive isotoper, og det er denne nye målemetode, som har gjort det muligt at forbedre måleresultaterne væsentligt.

 I begge eksperimenter bruges beta-henfaldet af ¹⁶N som en genvej (eller 'bagvej') til at studere fusionprocessen ⁴He+¹²C->¹⁶O. Det er den proces, som foregår inde i stjernerne, men den er næsten umulig at genskabe under jordiske forhold. Derfor ser forskerne på den 'baglæns' reaktion, hvor ¹⁶N beta-henfalder til en exciteret ¹⁶O kerne, som typisk henfalder videre til grundtilstanden af ¹⁶O ved udsendelse af gammastråling. I cirka 1 ud af 100,000 henfald ser man dog, at den exciterede ¹⁶O kerne vælger at bryde op i en ⁴He kerne og en ¹²C kerne. Udfordringen er at bestemme præcist hvor hyppigt dette sker. Den exciterede ¹⁶O kernes 'tilbøjelighed' til at bryde op i ⁴He+¹²C er nemlig direkte relateret til ⁴He og ¹²C kernernes 'tilbøjelighed' til at fusionere til ¹⁶O. Større tilbøjelighed til at bryde op medfører større tilbøjelighed til at fusionere og omvendt.

 Den eksperimentelle udfordring bestaar saaledes i at måle to størrelser: totalt antal beta henfald og antal ⁴He+¹²C opbrud (alfa henfald). I det gamle forsøg talte forskerne antallet af N16 kerner ved at accelerere dem til høj energi og derefter skyde dem ind i en detektor, hvorved de kunne måle den afsatte energi for hver enkelt kerne, der ramte detektoren, og efterfølgende ogsaa energien fra alfa henfaldet, hvis og når der forekom sådan et. Udfordringen her var især den høje tællerate og separation af andre beam komponenter. I det nye eksperiment paa ISOLDE 'nøjes' man med at accellerere ¹⁶N til lave energier. Så stoppes de blidt og nænsomt i et tyndt folie og antallet af henfald opgøres ved at måle gammastrålingen. Denne metode har også sine udfordringer, men den viste sig i sidste ende at være bedre, fordi gammastrålingen giver en mere selektiv detektion af ¹⁶N henfaldene.

Artiklen i PRL.

Mere om den nye IDS her.