Physics / How heavy elements come about in the universe

For the first time, it was possible to investigate the fusion of hydrogen and xenon using an ion storage ring at the same temperatures as during stellar explosions. Credit: Mario Weigand, Goethe-Universität

 

Heavy elements are produced during stellar explosion or on the surfaces of neutron stars through the capture of hydrogen nuclei (protons). This occurs at extremely high temperatures, but at relatively low energies. An international research team headed by Goethe University has now succeeded in investigating the capture of protons at the storage ring of the GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung.

As the scientists report in the current issue of Physical Review Letters, their goal was to determine more precisely the probability for a proton capture in astrophysical scenarios. As Dr. Jan Glorius from the GSI atomic physics research department explains, they were faced with two challenges in this endeavour: “The reactions are most probable under astrophysical circumstances in an energy range called the Gamow window. In this range, nuclei tend to be somewhat slow, making them difficult to obtain in the required intensity. In addition, the cross section – the probability of proton capture – decreases rapidly with energy. Until now, it has been almost impossible to create the right conditions in a laboratory for these kinds of reactions.”

René Reifarth, Professor for experimental astrophysics at Goethe University suggested a solution as early as ten years ago: The low energies within the Gamow window range can be reached more precisely when the heavy reaction partner circulates in an accelerator in which it interact with an stationary proton gas. He achieved first successes in September 2015 with a group of Heimholtz early career researchers. Since then, his team has gained excellent support from Professor Yuri Litvinov, who leads the EU-funded research project ASTRUm at GSI.

In the experiment, the international team first produced xenon ions. They were decelerated in the experimental storage ring ESR and caused to interact with protons. This resulted in reactions in which the xenon nuclei captured a proton and were transformed into heavier caesium – a process like that which occurs in astrophysical scenarios.

“The experiment makes a decisive contribution to advancing our understanding of nucleosynthesis in the cosmos,” says René Reifarth. “Thanks to the high-performance accelerator facility at GSI, we were able to improve the experimental technique for decelerating the heavy reaction partner. We now have more exact knowledge of the area in which the reaction rates occur, which until now had only been theoretically predicted. This allows us to more precisely model the production of elements in the universe.”

The experiment took place as part of the research collaboration SPARC (Stored Particles Atomic Physics Research Collaboration), which is part of the FAIR research programme. Equipment funded by the Verbundforschung (collaborative research) of the Federal Ministry for Education and Research was used in this experiment.

[dt_call_to_action content_size=“small“ background=“fancy“ line=“true“ animation=“fadeIn“]

Publication:
J. Glorius et al: Approaching the Gamow window with stored ions: Direct measurement of 124Xe(p,γ) in the ESR storage ring, in PRL, DOI:10.1103/PhysRevLett.122.092701

[/dt_call_to_action]

Relevante Artikel

Häufig nicht eindeutig: Ein Fünftel der Menschen, die mit dem Hepatitis-C-Virus infiziert sind, haben keine auffälligen Leberwerte – dafür aber zum Teil rheumatische Beschwerden. Foto: James Cavallini/Science Photo Library

Dr. AI, General Practitioner

Using artificial intelligence to make the correct diagnosis In the SATURN project, physicians and computer scientists are seeking new ways

Häufig nicht eindeutig: Ein Fünftel der Menschen, die mit dem Hepatitis-C-Virus infiziert sind, haben keine auffälligen Leberwerte – dafür aber zum Teil rheumatische Beschwerden. Foto: James Cavallini/Science Photo Library

Doktor KI in Hausarztpraxen

Mit Künstlicher Intelligenz zur richtigen Diagnose Im Projekt SATURN suchen Ärztinnen und Ärzte gemeinsam mit Forschenden aus der Informatik nach

Die Blüten der Königskerze (Verbascum densiflorum) werden häufig Hustentees beigemischt, weil sie als reizstillend und schleimlösend gelten. Foto: Uwe Dettmar

A budding opportunity

Exploring the potential of Herbal Medicinal Products Herbal Medicinal Products (HMPs) have nothing to do with homeopathy or food supplements.

Öffentliche Veranstaltungen
Häufig nicht eindeutig: Ein Fünftel der Menschen, die mit dem Hepatitis-C-Virus infiziert sind, haben keine auffälligen Leberwerte – dafür aber zum Teil rheumatische Beschwerden. Foto: James Cavallini/Science Photo Library

Doktor KI in Hausarztpraxen

Mit Künstlicher Intelligenz zur richtigen Diagnose Im Projekt SATURN suchen Ärztinnen und Ärzte gemeinsam mit Forschenden aus der Informatik nach

Die Blüten der Königskerze (Verbascum densiflorum) werden häufig Hustentees beigemischt, weil sie als reizstillend und schleimlösend gelten. Foto: Uwe Dettmar

Noch nicht in voller Blüte

Wann pflanzliche Medikamente helfen könnten Pflanzliche Arzneimittel haben nichts mit Homöopathie oder ­Nahrungsergänzung zu tun. Und doch unterscheiden sie sich

Rüdiger Weber, Foto: Jürgen Lecher, Goethe-Universität Frankfurt

Rüdiger Weber, Finanzwissenschaftler

Auf einmal wird es ganz einfach: Seit einem halben Jahr hat Rüdiger Weber am Fachbereich Wirtschaftswissenschaften die Stiftungsprofessur „Alternative Investments“

Eine Drohne fliegt über ein überschwemmtes Gebiet. Copyright: PhotoChur/Shutterstock

Podcast: Cybersicherheit im Drohnenschwarm

Wenn Feuerwehr und Polizei bei einer Katastrophe wie der Ahrtal-Überschwemmung oder bei plötzlichen Prügeleien während einer Großdemonstration eine schnelle Übersicht

You cannot copy content of this page