Los astrofísicos nucleares crearon con éxito el primer rayo acelerador de partículas de baja energía a gran profundidad en los Estados Unidos. acercándolos un paso más a comprender cómo se construyen los elementos de nuestro universo.

A través del proyecto, llamado CASPAR (Sistema Acelerador Compacto para Realizar Investigación Astrofísica), Los investigadores recrearán los procesos de fusión nuclear responsables de la generación de energía y la producción elemental en las estrellas, para comprender más sobre cómo se queman las estrellas y qué elementos crean mientras lo hacen.

CASPAR es uno de los dos únicos aceleradores subterráneos del mundo, ubicado en la instalación de investigación subterránea de Sanford (SURF), en plomo Dakota del Sur.

El otro, el Laboratorio de Astrofísica Nuclear Subterránea (LUNA) se encuentra en Italia, cerca de la montaña Gran Sasso.

"Instalar y operar aceleradores subterráneos es un desafío considerable, "dijo Michael Wiescher, Profesor Freimann de Física Nuclear en la Universidad de Notre Dame. "CASPAR es único, ya que cubre un rango de energía más amplio que el acelerador LUNA. Nos permite, por primera vez, para explorar las reacciones de la quema de helio estelar, que tienen lugar en estrellas como Betelgeuse, en condiciones de laboratorio. A través de estos estudios, aprenderemos sobre el origen del oxígeno y el carbono como los ingredientes más importantes de la vida biológica en el universo, y aprenderemos sobre los mecanismos que han desarrollado las estrellas para producir elementos gradualmente más pesados ​​mediante procesos de fusión de neutrones ".

Wiescher y el profesor asistente de investigación Dan Robertson dirigen el equipo de Notre Dame, trabajando en colaboración con investigadores de la Escuela de Minas y Tecnología de Dakota del Sur y la Escuela de Minas de Colorado.

"La complejidad de trasladar una instalación de aceleración a gran profundidad se ve superada en gran medida por los posibles beneficios al recrear reacciones nucleares de interés astrofísico, ", dijo Robertson." Actualmente, Una cantidad significativa de la información que tenemos sobre las reacciones que tienen lugar en las condiciones exactas dentro de una estrella solo puede extrapolarse a partir de datos en otros rangos de energía. Esto se debe principalmente a que la probabilidad de esa reacción es muy pequeña, y sin el material de una estrella para jugar, es difícil de medir cuando se compite con un trasfondo cósmico. Esperamos medir reacciones clave en escenarios de producción elemental directamente, proporcionando información sobre su comportamiento y ayudando a comprender cómo y dónde se produjo el material en nuestra vida cotidiana ".

El acelerador de partículas de baja energía de 50 pies se montó 4, 850 pies bajo tierra en agosto de 2015 y fue transportado en pedazos desde su hogar original en Notre Dame. Los investigadores cargaron las piezas en un elevador de jaulas y las trasladaron al espacio experimental en la antigua mina de oro de Homestake a través de un carro de la mina. Llevar el proyecto bajo tierra lo protege de la radiación cósmica a la que está expuesta la Tierra de manera constante, que puede interferir con experimentos de física altamente sensibles.

"Este tipo de estudios necesitan un entorno libre de rayos cósmicos que solo se proporciona en lugares como SURF, "dijo Wiescher.

La fusión nuclear que tiene lugar dentro de una estrella es lo que crea los elementos necesarios para la vida. Estrellas más viejas, nacido en la época del Big Bang, constan de muy pocos elementos, mientras que las estrellas más jóvenes incluyen una acumulación de elementos más pesados ​​como el plomo y el oro.

Comprender que la acumulación de elementos es solo una de las muchas preguntas que los investigadores esperan ayudar a responder a través de una serie de experimentos CASPAR.

Con las operaciones en marcha, el equipo planea comenzar la recopilación de datos en el otoño.