Нуклеосинтеза

Драгољуб Д. Димитријевић Департман за физику, ПМФ Ниш

Друштво физичара Ниш

7. мај 2016.

Нуклеосинтеза

• Нуклеосинтеза – стварање језгара

• Од чега је састављено језгро?

- од нуклеона: протона и неутрона

• Како створити језгро?

- спојити протоне и неутроне

Нуклеосинтеза

• Мендељејев периодни систем хемијских

елемената

Нуклеосинтеза

• Хојл и његова екипа: сва језгра су настала у

звездама.

• Гамов и његова екипа: нису сва језгра

настала у звездама.

Нуклеосинтеза

• Прво језгро је воема лако направити:

- језгро водоника: 1 протон

- нису потребни посебни услови.

Нуклеосинтеза

• Формирање већ другог језгра је много

комликованије

- језгро хелијума: 2 протона и 2 неутрона

• Потребни су посебни услови.

• Потребан нам је цео Свемир да би се формирало

прво језгро хелијума!

Нуклеосинтеза

• Посебне услове обезбедила Природа.

Нуклеосинтеза

• Ово је прича из космологије, а не хемије

Нуклеосинтеза

• Космологија - наука о Свемиру

• Важећа космолошка теорија - теорија

великог праска (Big Bang Theory)

Нуклеосинтеза

• Главни посматрачки докази теорије:

– ширење Свемира (Хаблов закон),

– нуклеосинтеза (стварање лаких језгара) и

– постојање космичког микроталасног

позадинског зрачења (ехо великог праска)

Нуклеосинтеза

• Теорија великог праска:

- Свемир је настао пре 14 милијарди година.

- Свемир се током своје еволуције шири, хлади и

разређује (и дан данас).

• На почетку еволуције Свемира постојала је

примордијална супа:

– смеша фундаменталних честица, њихових

античестица и фотона.

– Фотони = електромагнетно зрачење, светлост.

Нуклеосинтеза

– При интеракцији (судару) честице са њеном

античестицом десиће се њихова анихилација,

оне се поништавају (нестају) и настају два

фотона.

– Честица и античестица се могу и створити у

судару нпр. два фотона.

Нуклеосинтеза

• За нас битне честице у примордијалној

супи:

- протони р

- неутрони n

- фотони

- електрони e

- позитрони (антиелектрони)

- неутрини

- антинеутрини

e

Нуклеосинтеза

• У првој секунди догађале су се неке битне

реакције (судари):

n p e

n e p

n p e

Нуклеосинтеза

• Протони и неутрони су се наизменичо

стварали и нестајали, њихов број је био

једнак.

• Све је било ОК ...

Нуклеосинтеза

• ... док није “откуцала” друга секунда ...

• За то кратко време Свемир се додатно

проширио, охладио и проредио.

• Тада неутрини нису хтели више да се

“играју” тј. учествују у овим сударима!

• Скоро све поменуте реакције су престале да

се одигравају.

Нуклеосинтеза

• На први поглед рекло би се да је и даље све

ОК.

• Број протона и неутрона је и даље исти.

• Међутим, ипак је једна реакција и даље

активна:

• Зашто?

• И где је ту проблем?

n p e

Нуклеосинтеза

• Протон је стабилна честица, неће се (никад)

распасти.

• Неутрон је нестабилна честица, распада се

након 15-ак минута.

• Број протона и неутрона није више исти.

• Нутрони почињу да се “троше”.

Нуклеосинтеза

• Како време одмиче, број неутрона је све

мањи.

• Како су неутрони преживели (а знамо да су

преживели)?

• У наредних неколико минута било им је

страшно.

• Спас потражише код протона ...

Нуклеосинтеза

• За ових неколико минута Свемир се

довољно “охладио” на милијарду степени ...

• Коначно су се створили услови за осетније

формирање новог типа језгра (поред

постојећег језгра водоника) ...

• ... зато што фотони нису више могли да

разграђују новонастала језгра.

• А то језгро је било ...

Нуклеосинтеза

• ... језгро деутеријума (који граде тешку

воду), 1 протон и 1 неутрон.

• Неутрони су се “сакрили” у деутеријуму.

• Неутрон унутар језгра је потпуно стабилна

честица, више се не распада.

Нуклеосинтеза

• Епоха нуклеосинтезе почиње осетним

стварањем језгара деутеријума.

• Тек сада се може створити језгро хелијума

фузијом (спајањем) деутеријума ...

• ... и наредно језгро – језгро литијума

фузијом хелијума.

Нуклеосинтеза

• Стварање језгара хелијума:

2

1p n D

2 3

1 2D p He

2 2 4

1 1 2D D He

Нуклеосинтеза

• Фузија језгара:

Нуклеосинтеза

• Састав Свемира:

– водоник, око 75%,

– хелијум, око 25%

– деутеријум, 0,01%

– литијум, 0,00000001%

Нуклеосинтеза

• Свемир се и даље ширио, хладио и

разређивао, у једном тренутку се довољно

охладио да више није било могуће

одигравање фузионих реакција.

• До овог тренутка била су створена следећа

језгра: водоник, деутеријум, хелијум и

литијум. Ово су примордијална језгра.

• Сва остала језгра су створена у звездама,

много, много, али много касније.

Х В А Л А !