В недрах массивной звезды два ядра углерода сталкиваются и слипаются в одно ядро магния. От этого процесса зависит, как быстро звезда сжигает своё топливо и какие химические элементы она успевает создать. Но точно рассчитать такое слияние на бумаге оказалось невероятно трудно: ядра — не бильярдные шары, а квантовые системы, которые могут перестраиваться множеством способов.
Новая работа предлагает модель, где ядра углерода могут сливаться напрямую или через промежуточный этап: сначала от одного ядра откалывается маленький кусочек (альфа-частица), а остаток соединяется с другим ядром. Это как если бы два танцора могли исполнить поддержку двумя разными способами — прыжком или через подъём. Учёт обоих путей сразу впервые позволил одновременно объяснить и эксперименты по рассеянию ядер, и данные по слиянию.
Модель также предсказывает, что в ядре магния, рождающемся при слиянии, нет чистых «молекулярных» состояний, где два углеродных ядра кружились бы друг вокруг друга, как планеты. Вместо этого всё перемешано: ядро магния напоминает котёл с бурлящей кашей, где невозможно выделить исходные ингредиенты.
Это только первый шаг. В будущем авторы планируют добавить каналы с испусканием протонов и нейтронов, чтобы модель работала при ещё более высоких температурах — в самых горячих недрах звёзд. Тогда мы сможем точнее узнать, сколько углерода, кислорода и других элементов рождается во Вселенной.
Ядро углерода-12 состоит из 6 протонов и 6 нейтронов, а ядро магния-24 — из 12 протонов и 12 нейтронов. То есть при слиянии двух ядер углерода получается ровно вдвое больше частиц, но с другими свойствами.