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la processus triple-alpha est le processus par lequel les trois noyaux hélium (alpha particule) Sont finalement transformés en carbone après une série complexe de réactions nucléaires.[1][2] Il fait partie des réactions nucléaires nucléosynthèse stellaire.

réactions

Procédé trois alpha
Schéma de la triple-alpha processus

cette réaction la fusion nucléaire Il ne peut se produire dans des environnements qui sont riches en hélium, soumis à de fortes pressions et à des températures supérieures à 100 millions de degrés. Il se trouve que dans étoiles à un stade avancé de l'évolution, où l'hélium produit par réaction en chaîne proton-proton et le cycle carbone-azote Il a accumulé au centre de l'étoile. Étant donné que l'hélium ne produit pas d'abord l'énergie, l'étoile s'effondre jusqu'à ce que la température centrale ne parvient pas à la ~ 100 × 106 K nécessaire parce que le début de la fusion de l'hélium, ce qui donne lieu à la formation de 8bien, selon la réaction suivante:

4il + 4il ↔ 8bien (-93,7 keV)
8Be + 4il ↔ 12C + γ (+ 7367 MeV)[3]

La première réaction est endothermique, tandis que la seconde est exothermique. Par conséquent, l'énergie nette totale dégagée par le processus est de 7275 MeV.

la 8Être produite dans la première étape est instable et se décompose en deux noyaux d'hélium à 2,6 × 10-16 secondes. Mais dans les conditions qui permettent la fusion de l'hélium forme une petite abondance de 8Bien équilibré. La capture d'une autre particule alpha conduit alors à 12C. Cette conversion de trois particules alpha dans 12C est appelé processus triple-alpha.

La cinétique de réaction de ce processus est très lent à cause de l'instabilité 8Eh bien, et il est donc nécessaire une longue période de temps pour donner lieu à la production de carbone d'une atmosphère d'hydrogène initiale. L'une des conséquences est que ne pouvait être formé de carbone au moment de Big Bang, parce que la température de l'univers a chuté trop rapidement inférieure à celle requise pour la fusion de l'hélium.

Ordinairement, les chances de cette réaction serait extrêmement faible. mais le béryllium-8 a presque la même énergie de deux particules alpha. Dans la seconde étape, 8Be + 4Il a presque le même niveau d'énergie de l'état excité du 12C. Ces résonances augmentent considérablement la probabilité qu'une particule alpha est incidente se combinent avec le béryllium-8 pour former un noyau de carbone.

En tant que réaction secondaire du processus, un noyau de carbone peut fusionner avec un autre noyau d'hélium pour produire un isotope stable de 'oxygène et libérer de l'énergie:

12C + 4il → 16OU + γ (7,162 MeV)

aspects historiques et conceptuels

Que la survie du carbone stable dépend des niveaux d'énergie des noyaux atomiques placés exactement au point, et la valeur nécessaire - par rapport à beaucoup d'autres physiquement possible et au moins aussi probable - a été mis en avant des hypothèses avec la prévision précise des facteurs ci-dessus, le premier et seulement de « astrophysicienne Fred Hoyle (Au début des années 1950), inspiré par les étoiles à l'intérieur des processus atomiques dans les études liées principalement à la classe géants rouges. Une telle hypothèse prédictive Hoyle était, trois ans plus tard, vérifié et confirmé expérimentalement dans les laboratoires Caltech par le physicien nucléaire avec qui il avait collaboré: William A.Fowler. Ceux-ci ont suivi applicativamente cette idée dans leurs propres recherches, entreprise qui lui a valu le Nobel.[4] A l'époque, et au moins jusqu'au début des années 60, la collaboration entre physiciens expérimentateurs et les astronomes était plus habituelle et maintenant synergique avec l'observation des corps célestes et stellaire, des spectres électromagnétiques relative et les étapes de développement, nous avons essayé même comprendre de nombreux mécanismes sur la production d'éléments atomiques, de leur distribution (ou abondances) Et les conséquences naturelles aussi bien en ce qui concerne l'environnement terrestre et que tout cosmique interplanétaire.[5] La découverte de cette résonance Il est jugé par des sympathisants principe anthropic l'un des arguments différents et pertinents à l'appui de leur conception, car il est entièrement prévu et conçu pour expliquer l'apparition de la vie et donc de l'espèce humaine.[6] Mais même si le père théorique de la découverte processus, et en capturant les caractéristiques uniques et les implications, Hoyle n'a jamais adhéré à la principe anthropic (Dont les formulations sont néanmoins significatives à ladite intuition arrière); bien que dans le cas où le droits acquis, en pondérant les astrophysique de choix d'hypothèse à la distinction de son finalizzabilità biologique: bien au-delà de dell'informazioni alors disponible (plaçant ainsi le biosphère que les données à partir desquelles utilement au programme efficace que la ligne de recherche). Mais il cadrage plutôt cette régularité (et le calibrage global des lois physiques mondiales et constantes de couplage)[7] dans ce qui était sa propre vision cosmologique de la genèse biochimique planétaire; une sorte de génie cosmique visant à panspermie partiellement variante de l'idée de Svante August Arrhenius. Ribadendola insistante depuis à la fin de ses jours, contrairement à la majorité des universitaires depuis affines à la soi-disant « dessein intelligent »: selon Hoyle mis en œuvre par l'intelligence extra-terrestre (de différents types) progressivement évolué, distribués et opérant dans l'univers global considéré stationnaire, pas l'heure de début et dans l'espace illimité. Toutefois, lorsque l'image possible d'un Dieu demeure en arrière-plan et aucune connotation religieuse, en différenciant ce modèle de plus simpliste créationnisme.[8] Il faut cependant noter que cette hétérodoxie paradigmatique Hoyle la maturité au fil du temps, et n'est pas en même temps à sa théorie de la triple processus de alpha.

Même selon le physique et académique connu Davies Paul (Les positions qui sont généralement conformes à la communauté scientifique, contrairement à la Hoyle ci-dessus) nucleosintetica cette combinaison a des implications claires liées à 'exobiologie engagé à S.E.T.I. (Plus précisément désigné par lui). En fait, il réitère, ce processus étant si bien coïncide avec la production de quantités utiles de carbone à la formation de la vie est une indication supplémentaire de la façon dont les fonctions vitales peuvent faire partie intégrante des lois physiques de l'univers connatural. Genèse et le développement biologique sont, par conséquent, même si ce ne prédestinés par des esprits supérieurs, des phénomènes émergents nécessaires et non aléatoire, déterminé et logiquement déjà implicite dans les mécanismes qui régissent le cosmos tout entier d'évolution. Et parce que le carbone est peut-être la preuve la plus efficace aux formes du corps assez complexes, capables d'évoluer vers l'intelligence et la conscience de soi, la conscience probablement soutient également un rôle important dans le scénario de la structure naturelle mondiale; à l'objectif ici est lié Davies, citant, la fameuse hypothèse de Eugene Wigner théorisant une telle solution. Par conséquent, ce qui conduit à la conclusion que, si les conditions suffisantes de planètes extrasolaires ne sont pas prohibitifs, d'autres entités biologiques et donc leur possible esociviltà ne devrait pas être un phénomène galactique trop rare.[9]

nucléosynthèse stellaire

La prochaine étape de la fusion, dans lequel l'oxygène se combine avec une particule alpha pour former le néon, Il est beaucoup plus difficile en raison des règles sur tourner Nucléaire. Il crée alors une situation dans laquelle la nucléosynthèse stellaire Il produit de grandes quantités de carbone et de l'oxygène, mais seulement une petite fraction de ces éléments est converti en éléments néon et plus lourds.

Le procédé de fusion nucléaire permet de produire des éléments jusqu'à nickel, qui se désintègre ensuite en fer. Les éléments plus lourds que le nickel sont plutôt le résultat de la capture des neutrons. Le processus de capture lente (processus S), Conduit à la production d'environ la moitié des éléments lourds. Les autres sont le résultat de processus de capture rapide (processus R), Lié à l'effondrement de la supernovae.

notes

  1. ^ Editeurs Appenzeller, Harwit, Kippenhahn, Strittmatter, Trimble, astrophysique Bibliothèque, Springer, New York, 3e édition, ISBN.
  2. ^ Ostlie D.A. Carroll, B.W., Introduction à Astrophysique stellaire moderne, Addison Wesley, San Francisco, 2007 ISBN 0-8053-0348-0.
  3. ^ CW Cook, W. Fowler, C. Lauritsen, T. Lauritsen, 12B, 12C, et les Giants rouge, en Physical Review, vol. 107, No. 2, 1957, pp. 508-515, bibcode:1957PhRv..107..508C, DOI:10.1103 / PhysRev.107.508.
  4. ^ John Boslough "Les Lords Of Time", la deuxième partie: chapitre 11 par ".cosmique de mariage"Ed.Garzanti 1995.Stephen Hawking et Leonard Mlodinow" The Grand Design « -cp.VII. (2010)
  5. ^ Bien que les accélérateurs et collisionneurs de particules, ils n'avaient pas le pouvoir aujourd'hui.
  6. ^ Paul Davies « Sommes-nous seuls? implications philosophiques de la découverte de la vie extra-terrestre« Chapitre 5, ed.Laterza 1994.
  7. ^ Par exemple, l'ampleur de la 'interaction nucléaire forte, avec la valeur précise (E) en lien avec la désintégration du rayonnement de masse pure dans le mécanisme fondamental de H de fusion produisant >> il, à partir de laquelle les combinaisons nucleosintetiche résultant nécessaire pour la composition finale de notre écosystème.
  8. ^ Fred Hoyle-NCWickramasinghe "Evolution de l'espace" (1981), trad.it de L.Sosio "Evolution de l'espace", Bibliothèque scientifique ETAS-1984 pour sa critique du "principe anthropique" et résumé des conceptions Hoyle (sur les relations entre la biologie et l'astronomie) et voir la section 9 conclusion, d'étudier les annexes techniques à la fin du texte.
  9. ^ Argument traité par P. Davies dans op.cit, en particulier ici pour voir chap.5 ° de p. 122-134.

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