Explorer la combustion de l’hydrogène stellaire via les muons et les noyaux

Le muon est une particule subatomique qui ressemble à un électron mais qui est 200 fois plus lourde. Il interagit avec les noyaux par l’intermédiaire de la force faible, l’une des quatre forces fondamentales de l’univers. Lorsqu’un muon se lie à un deuton (composé d’un proton et d’un neutron), il forme un système à deux neutrons. Ce processus est analogue à la fusion proton-proton, où deux protons se combinent pour former un deuton.

Il s’agit d’une étape cruciale dans la manière dont les étoiles produisent de l’énergie. Bien que les études en laboratoire sur la fusion proton-proton soient peu pratiques, les calculs de capture des muons offrent des informations précieuses.

Une équipe collaborative de théoriciens nucléaires, comprenant des chercheurs de l’Université de Pise et de l’Istituto Nazionale Fisica Nucleare en Italie, du Theory Center du Thomas Jefferson National Accelerator Facility et de l’Université Washington de St. Louis, a mené une nouvelle étude axée sur la capture du muon sur le deuton. Pour étudier ce processus, les chercheurs ont utilisé des modèles avancés dérivés de la théorie chirale des champs efficaces et des courants cohérents.

Leur recherchePublié dans Frontières de la physique, ont étudié le taux de capture des muons à l’aide de modèles avancés pour décrire l’interaction entre les nucléons et leurs interactions avec les muons. Le cadre théorique adopté a permis aux chercheurs d’identifier les principales sources d’incertitudes et de quantifier leurs effets. Ils ont comparé l’efficacité de cette approche avec les résultats d’études précédentes. Cette comparaison a révélé une incertitude d’environ 2 %, actuellement inférieure aux erreurs expérimentales.

Cette étude soutient les efforts en cours visant à améliorer la précision des mesures de capture de muons. Cela ouvre également la voie à l’utilisation du même cadre théorique pour étudier la fusion proton-proton et d’autres processus. Ces études aideront les scientifiques à modéliser la phase de combustion de l’hydrogène des étoiles et à comprendre les flux de neutrinos solaires.

À l’avenir, les auteurs visent à étendre l’étude pour inclure les processus de capture de muons sur l’hélium-3 et le lithium-6, en comparant les résultats avec des études précédentes. Ils ont également l’intention d’appliquer ce cadre pour étudier d’autres processus faibles pertinents pour les modèles solaires standards et les flux de neutrinos solaires, tels que la capture faible d’un proton sur un autre proton et sur l’hélium-3 (réaction hep). Ces efforts fourniront des informations précieuses sur les valeurs astrophysiques du facteur S à énergie nulle, accompagnées d’estimations des incertitudes théoriques associées.