GAIN - GAllium Im langsamen Neutroneinfangprozess

• Antragsteller: Professor Dr. Rene Reifarth
• Fachliche Zuordnung: Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder ; Astrophysik und Astronomie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 386246739

Die Erkärung des Ursprungs der Elemente von den leichten Elementen Wasserstoff und Helium bis zu den schwersten Blei und Uran ist eine faszinierende interdisziplinäre Herausforderung. Die Häufigkeiten der Elemente in der Sonne und auf der Erde sind das Ergebnis der kernphysikalischer Reaktionen in Sternen. Angefangen bei Wasserstoff, über Elemente wie Kohlenstoff und Eisen, können Sterne die schweren Elemente bis hin zum Blei und Uran produzieren. All diese Elemente sind unerlässlich für das Leben auf der Erde. Das Projekt GAIN soll die Häufigkeiten der Elemente durch Messungen von Kernreaktionen im Labor und Computersimulationen des Inneren von Sternen reproduzieren.Die meisten schweren Elemente ab Eisen werden durch Neutroneneinfangreaktionen erzeugt. Atome bestehen aus Kernen mit positiv geladenen Protonen und ungeladenen Neutronen. Ein Atomkern kann ein Neutron einfangen und erhöht so seine Masse. Hat ein Kern ein oder mehrere Neutronen eingefangen, kann er instabil werden, sodass sich ein Neutron in ein Proton umwandelt. Mit einem Proton mehr im Kern gehört das Atom zum nächstschwereren Element.Der langsame Neutroneneinfangprozess findet in massiven Sternen statt, die mehr als achtmal so schwer sind wie die Sonne. In späten Lebensphasen dieser Sterne sind freie Neutronen vorhanden, die von Atomkernen eingefangen werden können. Typischerweise kommt es alle paar Jahre zu einem Einfang. Über einen Zeitraum von mehreren zehntausend Jahren können so schwere Elemente entstehen.Das Element Gallium wird von diesen massiven Sternen erzeugt. Aber die Wahrscheinlichkeit der Reaktionen, die Gallium durch Neutroneneinfänge entweder erzeugen oder zerstören, sind nur mit unzureichender Genauigkeit bekannt. Das Projekt GAIN zielt darauf ab, die Wahrscheinlichkeit der Neutroneneinfänge am Gallium mit zwei komplementären Methoden zu messen. Die Ergebnisse werden in Simulationen zur Elementsynthese in verschiedenen Sternen eingehen, um vorherzusagen, wie viel Gallium die einzelnen Sterne produzieren. Anschließend wird die Entwicklung ganzer Galaxien betrachtet, in der viele Sterngenerationen nach und nach schwere Elemente erzeugt haben. Die Ergebnisse dieser Simulationen werden mit den im Sonnensystem beobachteten Häufigkeiten der Elemente verglichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Großbritannien
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Dr. Ulrich Giesen; Dr. Tanja Heftrich; Dr. Ralf Nolte; Marco Pignatari, Ph.D.; Dr. Rudolf Tiede