Ο συντονισμός που δημιούργησε το 25% της ύπαρξής μας

Η πυρηνική σύντηξη δευτερίου-τριτίου οδήγησε στον σχηματισμό του αρχέγονου ηλίου που αποτελεί το 25% της βαρυονικής ύλης του σύμπαντος Κατά τη διάρκεια της αρχέγονης πυρηνοσύνθεσης στα πρώτα λεπτά της Μεγάλης Έκρηξης, η αντίδραση σύντηξης δευτερίου-τριτίου 2Η+3Η→n+4Ηe, είναι υπεύθυνη για το 99% του αρχέγονου 4He. Κρίσιμο ρόλο γι αυτό παίζει η ύπαρξη ενός συντονισμού που αντιστοιχεί στην διεγερμένη ενεργειακή κατάσταση του ενδιάμεσου σύνθετου πυρήνα 5He. Αυτό είναι γνωστό εδώ και δεκαετίες και έχει τεκμηριωθεί καλά στην επιστημονική βιβλιογραφία. Ωστόσο, αυτή η σημαντική πυρηνική αντίδραση παραμένει άγνωστη στους περισσότερους. Το ήλιο που προέκυψε διαμέσου αυτής, στη συνέχεια αποτέλεσε πηγή για την σύνθεση στο εσωτερικό άστρων ενός ποσοστού ≥25% του άνθρακα και άλλων βαρύτερων στοιχείων από τα οποία σχηματίστηκε ο κόσμος που βλέπουμε γύρω μας. Επί πλέον, χωρίς αυτόν τον συντονισμό, η παραγωγή της πολυπόθητης ελεγχόμενης ενέργειας σύντηξης στα εργαστήρια θα ήταν απρόσιτη

Aναπαράστση των βασικών διαδρομών της αρχέγονης πυρηνοσύνθεσης στα πρώτα λεπτά μετά την Μεγάλη Έκρηξη και η επακόλουθη πυρηνική αντίδραση των τρία άλφα στο εσωτερικό άστρων, μετά από εκατοντάδες εκατομμύρια ή δισεκατομμύρια χρόνια. Με κόκκινο φαίνεται η κυρίαρχη διαδρομή, βασικός κρίκος της οποίας είναι η πυρηνική αντίδραση σύντηξης δευτερίου-τριτίου (D-T). Το φαινόμενο του συντονισμού κρύβεται πίσω από εντελώς διαφορετικές πτυχές του κόσμου μας: στα απεχθή SOS θέματα των πανελληνίων εξετάσεων, στις παιδικές κούνιες, στις φονικές σεισμικές ταλαντώσεις των κτιρίων, στα μουσικά όργανα, στις ραδιοτηλεοπτικές εκπομπές και λήψεις, στην απορρόφηση της ακτινοβολίας από την ύλη, αλλά και στις πυρηνικές αντιδράσεις. Όταν λέμε ότι μια πυρηνική αντίδραση εμφανίζει συντονισμό (σε κάποια ενέργεια των αντιδρώντων πυρήνων), αυτό σημαίνει ότι η πιθανότητα να πραγματοποιηθεί η αντίδραση στην συγκεκριμένη ενέργεια είναι κατά πολύ μεγαλύτερη. Στην περίπτωση της αντίδρασης δευτερίου-τριτίου (D-T) εμφανίζεται συντονισμός με τον ενδιάμεσο σχηματισμό της ενεργειακής κατάστασης 16.84 MeV του πυρήνα 5He, ο οποίος στη συνέχεια διασπάται προς n+4He. Εξαιτίας αυτού του συντονισμού εκατονταπλασιάζεται η πιθανότητα πραγματοποίησης της σύντηξης D-T στην θερμοκρασία των 109 Κ που επικρατούσε στο σύμπαν κατά την αρχέγονη πυρηνοσύνθεση. Γιαυτό η πυρηνική αντίδραση σύντηξης δευτερίου-τριτίου (D-T) αποτελεί τον βασικό κρίκο στην κυρίαρχη διαδρομή σύντηξης του υδρογόνου προς ήλιο, στα πρώτα λεπτά μετά την Μεγάλη Έκρηξη.

O ενδιάμεσος πυρήνας 5Ηe που σχηματίζεται κατά την αντίδραση σύντηξης 2H(3H,n)4He. Η πιθανότητα πραγματοποίησης της αντίδρασης γίνεται 100 φορές μεγαλύτερη εξαιτίας του συντονισμού που αντιστοιχεί στη διεγερμένη κατάσταση των 16.84 MeV του σύνθετου πυρήνα 5He (ενεργειακή στάθμη Bretscher) Ερευνητές του εργαστηρίου Los Alamos προτείνουν να ονομαστεί η διεγερμένη κατάσταση 16.84 MeV του 5He, «στάθμη Bretscher» προς τιμήν του πυρηνικού φυσικού Egon Bretscher που την ανακάλυψε κατά την διάρκεια του προγράμματος Manhattan για την κατασκευή αρχικά πυρηνικής βόμβας σχάσης, και στη συνέχεια της βόμβας υδρογόνου, στα μέσα της δεκαετίας του 1940. Ανάλογη περίπτωση είναι η «κατάσταση Hoyle» που αντιστοιχεί στην διεγερμένη κατάσταση 7,6 MeV του12C, και τον συντονισμό της αντίδρασης των 3α, από την οποία σχηματίζεται ο άνθρακας του σύμπαντος. Εξαιτίας του συντονισμού Bretscher παράχθηκε το αρχέγονο 4He που αποτελεί το 25% της βαρυονικής ύλης του σύμπαντος (το υπόλοιπο 75% είναι υδρογόνο). Το ήλιο αυτό, μαζί με το υδρογόνο, αποτελούν το ‘καύσιμο’ για την περαιτέρω σύνθεση βαρύτερων στοιχείων στο εσωτερικό των άστρων όπως ο Ήλιος μας. βιβλιογραφία για περαιτέρω μελέτη: 1. The earliest DT nuclear fusion discoveries 2. DT fusion through the 5He 3/2+ «Bretscher state» accounts for ≥25% of our existence via nucleosynthesis and for the possibility of fusion energy 3. Review of data and formulas for fusion cross-section 4. Ab initio predictions for polarized deuterium-tritium thermonuclear fusion

Απόσπασμα από το άρθρο των Bretscher και French “Low Energy Cross Section of the D-T Reaction and Angular Distribution of the Alpha Particles Emitted,” Los Alamos Report LA-582, 1 (1946), όπου για πρώτη φορά αναφέρεται ο κρίσιμος συντονισμός της πυρηνικής αντίδρασης 2Η+3Η→n+4Ηe