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Dienstag, 06 Juli 2021 09:00

Nukleare Schlüsselreaktion liefert unabhängige Bestätigung für wichtigen Parameter der Kosmologie

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Um die Entstehung der Elemente im Universum zu erklären, sind Informationen über die Reaktionen leichter Atomkerne notwendig. Ein Team unter führender Beteiligung des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR) hat nun eine der zentralen Reaktionen mit bisher unerreichter Genauigkeit untersucht: die Fusion eines Wasserstoffkerns, dem Proton, mit dem Kern des Wasserstoffisotops Deuterium. Diese Schlüsselreaktion der sogenannten primordialen Nukleosynthese wurde am Laboratory for Underground Nuclear Astrophysics (LUNA) am Gran Sasso d’Italia, wo die Messungen störende kosmische Strahlung effizient abgeschirmt wird, untersucht. Dazu wurde der Kern des Wasserstoffisotops Deuterium mit einem Proton beschossen. Dabei entsteht Helium-3, ein stabiles Helium-Isotop sowie ein Gammaquant, das mit einem Reinstgermanium-Detektor nachgewiesen werden kann. Das Interesse der Forschenden galt vor allem dem sogenannten Wirkungsquerschnitt der Reaktion, der Auskunft über die Wahrscheinlichkeit ihres Auftretens gibt. Diesen Parameter haben sie nun mit beispielloser Präzision bestimmt.

Die Ergebnisse der Studie ermöglichen es, eine genaue Bestimmung der Dichte der gewöhnlichen Materie im All vorzunehmen, die nach aktuellem Wissensstand nur fünf Prozent des Gesamtuniversums ausmacht. Die verbleibenden 95 % werden unsichtbarer dunkler Materie und dunkler Energie zugerechnet. Die ermittelte Dichte dieser aus Protonen und Neutronen bestehenden Materie mithilfe der Theorie der primordialen Nukleosynthese stimmt mit Werten überein, die zuvor aus anderen Methoden abgeleitet werden konnten, wie etwa aus der Vermessung der kosmischen Hintergrundstrahlung oder der Untersuchung der Deuterium-Häufigkeit in bestimmten Wasserstoffgaswolken. Das Team wird seine wissenschaftliche Tätigkeit im nächsten Jahrzehnt mit dem LUNA-MV-Projekt fortsetzen, in dem weitere Schlüsselreaktionen der Nukleosynthese der schweren Elemente untersucht werden sollen.

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