Fisikawan Menjabarkan Reaksi Nuklir Tepat Setelah Big Bang

Fisikawan Menjabarkan Reaksi Nuklir Tepat Setelah Big Bang


Di tempat terpencil Di laboratorium yang terkubur di bawah gunung di Italia, fisikawan telah menciptakan kembali reaksi nuklir yang terjadi antara dua dan tiga menit setelah Big Bang.

Cerita asli dicetak ulang dengan izin dari Majalah Quanta, sebuah publikasi independen editorial dari Yayasan Simons yang misinya adalah untuk meningkatkan pemahaman publik tentang sains dengan meliput perkembangan penelitian dan tren dalam matematika dan ilmu fisika dan kehidupan.

Pengukuran mereka terhadap laju reaksi, diterbitkan pada 11 November di Alam, memaku faktor paling tidak pasti dalam urutan langkah yang dikenal sebagai nukleosintesis Big Bang yang menempa inti atom pertama alam semesta.

Para peneliti “sangat gembira” tentang hasilnya, menurut Ryan Cooke, seorang astrofisikawan di Universitas Durham di Inggris yang tidak terlibat dalam penelitian ini. “Akan banyak orang yang tertarik dari fisika partikel, fisika nuklir, kosmologi, dan astronomi,” ujarnya.

Reaksi ini melibatkan deuterium, suatu bentuk hidrogen yang terdiri dari satu proton dan satu neutron yang menyatu dalam tiga menit pertama kosmos. Sebagian besar deuterium dengan cepat melebur menjadi elemen yang lebih berat dan lebih stabil seperti helium dan litium. Tetapi beberapa bertahan hingga hari ini. “Anda memiliki beberapa gram deuterium di tubuh Anda, yang berasal dari Big Bang,” kata Brian Fields, astrofisikawan di University of Illinois, Urbana-Champaign.

Jumlah persis deuterium yang tersisa mengungkapkan detail penting tentang menit-menit pertama itu, termasuk kepadatan proton dan neutron dan seberapa cepat mereka terpisah oleh ekspansi kosmik. Deuterium adalah “saksi super khusus dari zaman itu,” kata Carlo Gustavino, astrofisikawan nuklir di Institut Fisika Nuklir Nasional Italia.

Tetapi fisikawan hanya dapat menyimpulkan potongan informasi tersebut jika mereka mengetahui kecepatan sekering deuterium dengan proton untuk membentuk isotop helium-3. Pengukuran baru oleh Laboratorium untuk Laboratorium Astrofisika Nuklir Bawah Tanah (LUNA) telah ditentukan.

Probe Terawal dari Semesta

Penciptaan Deuterium adalah langkah pertama dalam nukleosintesis Big Bang, rangkaian reaksi nuklir yang terjadi ketika kosmos menjadi sup proton dan neutron yang super panas namun dengan cepat mendingin.

Mulai tahun 1940-an, fisikawan nuklir mengembangkan serangkaian persamaan yang saling terkait yang menjelaskan bagaimana berbagai isotop hidrogen, helium, dan litium berkumpul saat inti bergabung dan menyerap proton dan neutron. (Unsur-unsur yang lebih berat ditempa jauh kemudian di dalam bintang.) Sejak itu, para peneliti menguji sebagian besar aspek persamaan dengan mereplikasi reaksi nuklir primordial di laboratorium.

Dengan melakukan itu, mereka membuat penemuan radikal. Perhitungan tersebut menawarkan beberapa bukti pertama materi gelap di tahun 1970-an. Nukleosintesis Big Bang juga memungkinkan fisikawan memprediksi jumlah berbagai jenis neutrino, yang membantu mendorong ekspansi kosmik.

Tapi selama hampir satu dekade sekarang, ketidakpastian tentang kemungkinan deuterium menyerap proton dan berubah menjadi helium-3 telah mengaburkan gambaran menit pertama alam semesta. Yang terpenting, ketidakpastian telah mencegah fisikawan untuk membandingkan gambar itu dengan bagaimana rupa kosmos 380.000 tahun kemudian, ketika alam semesta mendingin cukup untuk elektron mulai mengorbit inti atom. Proses ini melepaskan radiasi yang disebut latar belakang gelombang mikro kosmik yang memberikan gambaran tentang alam semesta pada saat itu.

Ahli kosmologi ingin memeriksa apakah kepadatan kosmos berubah dari satu periode ke periode lainnya seperti yang diharapkan berdasarkan model evolusi kosmik mereka. Jika kedua gambar itu tidak sesuai, “itu akan menjadi hal yang sangat, sangat penting untuk dipahami,” kata Cooke. Solusi untuk masalah kosmologis yang terus-menerus membandel — seperti sifat materi gelap — dapat ditemukan di celah ini, seperti juga tanda-tanda pertama dari partikel baru yang eksotis. “Banyak yang bisa terjadi antara satu atau dua menit setelah Big Bang dan beberapa ratus ribu tahun setelah Big Bang,” kata Cooke.

Tetapi laju reaksi deuterium yang sangat penting yang memungkinkan para peneliti membuat perbandingan semacam ini sangat sulit untuk diukur. “Anda mensimulasikan Big Bang di lab dengan cara yang terkendali,” kata Fields.

Fisikawan terakhir kali mencoba pengukuran pada tahun 1997. Sejak itu, pengamatan latar belakang gelombang mikro kosmik menjadi semakin tepat, memberi tekanan pada fisikawan yang mempelajari nukleosintesis Big Bang untuk menyamai presisi tersebut — dan dengan demikian memungkinkan perbandingan kedua zaman.

Pada tahun 2014, Cooke dan rekan penulisnya dengan tepat mengukur kelimpahan deuterium di alam semesta melalui pengamatan awan gas yang jauh. Tetapi untuk menerjemahkan kelimpahan ini menjadi prediksi yang tepat dari kerapatan materi primordial, mereka membutuhkan ukuran yang lebih baik dari laju reaksi deuterium.

Diposting oleh : joker123

Tinggalkan Balasan

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan.

Releated

Perlombaan Untuk Memecahkan Daur Ulang Baterai — Sebelum Terlambat

Perlombaan Untuk Memecahkan Daur Ulang Baterai — Sebelum Terlambat

Setiap hari, jutaan baterai lithium-ion diluncurkan di Tesla’s Gigafactory di Sparks, Nevada. Sel-sel ini, yang diproduksi di lokasi oleh Panasonic, ditakdirkan untuk digabungkan bersama oleh ribuan orang dalam paket baterai Tesla baru. Tapi tidak semua baterai mati untuk kehidupan di jalan. Panasonic mengirimkan truk berisi sel yang tidak lulus tes kualifikasi ke fasilitas di Kota […]