Predavanje dr Dragoljuba Dimitrijevica (Departman za fiziku, PMF Niš) održano u okviru Otvorenih vrata Departmana

1. Нуклеосинтеза
Драгољуб Д. Димитријевић
Департман за физику, ПМФ Ниш
Друштво физичара Ниш
7. мај 2016.

2. Нуклеосинтеза
• Нуклеосинтеза – стварање језгара
• Од чега је састављено језгро?
- од нуклеона: протона и неутрона
• Како створити језгро?
- спојити протоне и неутроне

3. Нуклеосинтеза
• Мендељејев периодни систем хемијских
елемената

4. Нуклеосинтеза
• Хојл и његова екипа: сва језгра су настала у
звездама.
• Гамов и његова екипа: нису сва језгра
настала у звездама.

5. Нуклеосинтеза
• Прво језгро је воема лако направити:
- језгро водоника: 1 протон
- нису потребни посебни услови.

6. Нуклеосинтеза
• Формирање већ другог језгра је много
комликованије
- језгро хелијума: 2 протона и 2 неутрона
• Потребни су посебни услови.
• Потребан нам је цео Свемир да би се формирало
прво језгро хелијума!

7. Нуклеосинтеза
• Посебне услове обезбедила Природа.

8. Нуклеосинтеза
• Ово је прича из космологије, а не хемије

9. Нуклеосинтеза
• Космологија - наука о Свемиру
• Важећа космолошка теорија - теорија
великог праска (Big Bang Theory)

10. Нуклеосинтеза
• Главни посматрачки докази теорије:
– ширење Свемира (Хаблов закон),
– нуклеосинтеза (стварање лаких језгара) и
– постојање космичког микроталасног
позадинског зрачења (ехо великог праска)

11. Нуклеосинтеза
• Теорија великог праска:
- Свемир је настао пре 14 милијарди година.
- Свемир се током своје еволуције шири, хлади и
разређује (и дан данас).
• На почетку еволуције Свемира постојала је
примордијална супа:
– смеша фундаменталних честица, њихових
античестица и фотона.
– Фотони = електромагнетно зрачење, светлост.

12. Нуклеосинтеза
– При интеракцији (судару) честице са њеном
античестицом десиће се њихова анихилација,
оне се поништавају (нестају) и настају два
фотона.
– Честица и античестица се могу и створити у
судару нпр. два фотона.

13. Нуклеосинтеза
• За нас битне честице у примордијалној
супи:
- протони р
- неутрони n
- фотони
- електрони e
- позитрони (антиелектрони)
- неутрини
- антинеутрини

e



14. Нуклеосинтеза
• У првој секунди догађале су се неке битне
реакције (судари):
n p e  
n e p   
n p e   

15. Нуклеосинтеза
• Протони и неутрони су се наизменичо
стварали и нестајали, њихов број је био
једнак.
• Све је било ОК ...

16. Нуклеосинтеза
• ... док није “откуцала” друга секунда ...
• За то кратко време Свемир се додатно
проширио, охладио и проредио.
• Тада неутрини нису хтели више да се
“играју” тј. учествују у овим сударима!
• Скоро све поменуте реакције су престале да
се одигравају.

17. Нуклеосинтеза
• На први поглед рекло би се да је и даље све
ОК.
• Број протона и неутрона је и даље исти.
• Међутим, ипак је једна реакција и даље
активна:
• Зашто?
• И где је ту проблем?
n p e   

18. Нуклеосинтеза
• Протон је стабилна честица, неће се (никад)
распасти.
• Неутрон је нестабилна честица, распада се
након 15-ак минута.
• Број протона и неутрона није више исти.
• Нутрони почињу да се “троше”.

19. Нуклеосинтеза
• Како време одмиче, број неутрона је све
мањи.
• Како су неутрони преживели (а знамо да су
преживели)?
• У наредних неколико минута било им је
страшно.
• Спас потражише код протона ...

20. Нуклеосинтеза
• За ових неколико минута Свемир се
довољно “охладио” на милијарду степени ...
• Коначно су се створили услови за осетније
формирање новог типа језгра (поред
постојећег језгра водоника) ...
• ... зато што фотони нису више могли да
разграђују новонастала језгра.
• А то језгро је било ...

21. Нуклеосинтеза
• ... језгро деутеријума (који граде тешку
воду), 1 протон и 1 неутрон.
• Неутрони су се “сакрили” у деутеријуму.
• Неутрон унутар језгра је потпуно стабилна
честица, више се не распада.

22. Нуклеосинтеза
• Епоха нуклеосинтезе почиње осетним
стварањем језгара деутеријума.
• Тек сада се може створити језгро хелијума
фузијом (спајањем) деутеријума ...
• ... и наредно језгро – језгро литијума
фузијом хелијума.

23. Нуклеосинтеза
• Стварање језгара хелијума:
2
1p n D   
2 3
1 2D p He 
2 2 4
1 1 2D D He 

24. Нуклеосинтеза
• Фузија језгара:

25. Нуклеосинтеза
• Састав Свемира:
– водоник, око 75%,
– хелијум, око 25%
– деутеријум, 0,01%
– литијум, 0,00000001%

26. Нуклеосинтеза
• Свемир се и даље ширио, хладио и
разређивао, у једном тренутку се довољно
охладио да више није било могуће
одигравање фузионих реакција.
• До овог тренутка била су створена следећа
језгра: водоник, деутеријум, хелијум и
литијум. Ово су примордијална језгра.
• Сва остала језгра су створена у звездама,
много, много, али много касније.

27. Х В А Л А !