Proton-Proton-Zyklus-Astronomie

Proton-Proton-Zyklus, auch Proton-Proton-Reaktion genannt, Kette von thermonuklearen Reaktionen, die die Hauptquelle für die von der Sonne und anderen kühlen Hauptreihensternen abgestrahlte Energie darstellt. Eine andere Folge von thermonuklearen Reaktionen, der Kohlenstoffkreislauf, liefert einen Großteil der Energie, die von heißeren Sternen freigesetzt wird.

In einem Proton-Proton-Zyklus werden vier Wasserstoffkerne (Protonen) zu einem Heliumkern zusammengefasst; 0,7 Prozent der ursprünglichen Masse gehen hauptsächlich durch Umwandlung in Wärmeenergie verloren, aber ein Teil der Energie entweicht in Form von Neutrinos (ν). Zunächst bilden zwei Wasserstoffkerne (¹ H) unter Bildung eines positiven Elektrons (e ⁺, Positron) und eines Neutrinos (ν) einen Wasserstoff-2-Kern (² H, Deuterium). Der Wasserstoff-2-Kern fängt dann schnell ein anderes Proton ein, um einen Helium-3-Kern (³ He) zu bilden, während er einen Gammastrahl (γ) emittiert. In Symbolen:

Ab diesem Zeitpunkt kann die Reaktionskette einem von mehreren Pfaden folgen, führt jedoch immer zu einem Helium-4-Kern mit der Emission von insgesamt zwei Neutrinos. Die Energie der emittierten Neutrinos ist für die verschiedenen Wege unterschiedlich. In der direktesten Fortsetzung bilden zwei Helium-3-Kerne (hergestellt wie oben angegeben) einen Helium-4-Kern (⁴ He, Alpha-Teilchen) unter Freisetzung von zwei Protonen.Der Weg, der die energiereichsten Neutrinos produziert, verwendet einen Helium-4-Kern als Katalysator und durchläuft Beryllium- und Borisotope in Zwischenzuständen. In Symbolen:

Der letztere Weg tritt nur bei relativ hohen Temperaturen auf und ist von Interesse, da solche energetischen Neutrinos in einem groß angelegten Experiment unter Verwendung von Tetrachlorethylen als Nachweismedium nachgewiesen wurden. Andere Experimente haben Neutrinos aus Reaktionen bei niedrigeren Temperaturen einschließlich der anfänglichen Proton-Proton-Reaktion nachgewiesen. Die Nachweisraten in all diesen Experimenten waren geringer als theoretisch vorhergesagt. Es wird angenommen, dass die von der Sonne emittierten Elektronenneutrinos vor Erreichen der Detektoren, die für den Nachweis von Elektronenneutrinos optimiert wurden, in Myonneutrinos oder Tau-Neutrinos umgewandelt wurden. Kohlenstoffkreislauf vergleichen.