Une étude collaborative introduit une nouvelle méthode de simulation des réactions nucléaires fondamentales à faible énergie dans les étoiles. En étudiant les résultats de ces réactions, les chercheurs ont développé un nouveau modèle prédictif qui améliore notre compréhension de la formation des éléments dans l’univers. De nouvelles recherches fournissent un moyen innovant de simuler la formation d’éléments dans les étoiles, améliorant ainsi notre compréhension des réactions nucléaires dans l’univers.
De nouvelles recherches menées par l'Université d'État de Caroline du Nord et l'Université d'État du Michigan ouvrent une nouvelle façon de modéliser les réactions nucléaires à faible énergie qui sont essentielles à la formation d'éléments à l'intérieur des étoiles. Cette recherche jette les bases des calculs sur la manière dont les nucléons interagissent lorsque les particules sont chargées.
Prédire la manière dont les noyaux atomiques (groupes de protons et de neutrons, collectivement appelés nucléons) se combinent pour former des noyaux de composés plus grands est une étape importante dans la compréhension de la formation des éléments des étoiles.
Les interactions nucléaires pertinentes étant difficiles à mesurer expérimentalement, les physiciens utilisent des réseaux numériques pour modéliser ces systèmes. Le réseau fini utilisé dans de telles simulations numériques est essentiellement une boîte imaginaire entourant un groupe de nucléons, que les physiciens peuvent utiliser pour calculer les propriétés des noyaux formés à partir de ces particules.
Des chercheurs de l’Université d’État de Caroline du Nord et de l’Université d’État du Michigan ont développé une nouvelle méthode de simulation des réactions nucléaires à basse énergie, essentielles à la compréhension de la formation des éléments dans les étoiles. Leur approche consiste à analyser les produits finaux de la réaction dans un réseau numérique pour en déduire les propriétés de la réaction. Cela a abouti à une nouvelle formule qui améliore les prédictions de ces réactions nucléaires, fournissant ainsi un aperçu de la manière dont les éléments sont synthétisés dans l’univers. Source : Sébastien Koenig
Défis de la simulation de réactions à faible énergie
Cependant, ces simulations manquaient jusqu’à présent de moyen de prédire les propriétés des réactions à faible énergie impliquant des amas chargés générés à partir de plusieurs protons. Ceci est important car ces réactions à faible énergie sont cruciales, par exemple, pour la formation d’éléments dans les étoiles.
Sebastian König, professeur adjoint de physique à l'Université d'État de Caroline du Nord et auteur correspondant de l'étude, a déclaré : « Alors que la « forte force nucléaire » maintient les protons et les neutrons ensemble dans le noyau, la répulsion électromagnétique entre les protons joue un rôle important dans la structure globale et la dynamique du noyau. Cette force est particulièrement forte aux énergies les plus basses, où se produisent de nombreux processus importants qui synthétisent les éléments qui composent le monde tel que nous le connaissons.
Pour résoudre ce problème, Koenig et ses collègues ont décidé de travailler à rebours. Leur méthode examine le résultat final de la réaction au sein du réseau cristallin – le noyau composé – puis travaille à rebours pour découvrir les propriétés et les énergies impliquées dans la réaction.
"Nous ne calculons pas la réaction elle-même, mais examinons la structure du produit final", a déclaré Koenig. "À mesure que nous modifions la taille de la" boîte ", la simulation et les résultats changent. À partir de ces informations, nous pouvons réellement extraire les paramètres qui déterminent ce qui se passe lorsque ces particules chargées interagissent."
"La dérivation de la formule a été étonnamment difficile, mais le résultat final est très beau et a une valeur d'application importante", a ajouté Yu Hang, premier auteur de l'ouvrage et étudiant diplômé à l'Université d'État de Caroline du Nord.
Développer de nouvelles formules de prévision
Sur la base de ces informations, l'équipe de recherche a développé une formule et l'a testée par rapport à des calculs de référence évalués par des méthodes traditionnelles pour garantir que les résultats étaient précis et pourraient être utilisés dans de futures applications.
"Il s'agit d'un travail de fond qui nous indique comment analyser les simulations pour extraire les données dont nous avons besoin pour améliorer les prévisions des réactions nucléaires", a déclaré Koenig. "L'univers est immense, mais pour le comprendre, il faut étudier ses moindres composants. C'est ce que nous faisons ici : nous concentrer sur les petits détails pour mieux éclairer nos analyses globales."