Б 2 бумага ФХ

Б ​ ² бумага ФХ стала эпохальной научной работой о происхождении химических элементов. Статья называлась «Синтез элементов в звездах» , но она стала известна как B. ² FH от инициалов его авторов: Маргарет Бербидж , Джеффри Бербидж , Уильям А. Фаулер и Фред Хойл . Она была написана с 1955 по 1956 год в Кембриджском университете и Калифорнийском технологическом институте , а затем опубликована в журнале Reviews of Modern Physics в 1957 году.

Б ² В статье FH рассмотрена теория звездного нуклеосинтеза и подкреплена астрономическими и лабораторными данными. Он определил процессы нуклеосинтеза, ответственные за производство элементов тяжелее железа, и объяснил их относительное содержание . Статья стала очень влиятельной как в астрономии , так и в ядерной физике .

до

До публикации Б. ² В статье FH Джордж Гамов отстаивал теорию Вселенной, в которой почти все химические элементы или, что эквивалентно, атомные ядра , были синтезированы во время Большого взрыва . Теория Гамова (которая отличается от современной теории нуклеосинтеза Большого взрыва ) предполагает, что содержание химических элементов будет оставаться в основном неизменным с течением времени. Ганс Бете и Чарльз Л. Кричфилд показали, что преобразование водорода в гелий путем ядерного синтеза может обеспечить энергию, необходимую для питания звезд , выведя протон-протонную цепочку (pp-цепь) в 1938 году. Карл фон Вайцзеккер и Ганс Бете независимо вывели цикл CNO в 1938 и 1939 годах соответственно. Таким образом, Гамову и другим было известно, что содержание водорода и гелия не является совершенно статичным. По их мнению, в результате термоядерного синтеза в звездах будет производиться небольшое количество гелия, лишь незначительно увеличивающее его количество после Большого взрыва. Эта звездная ядерная держава не требовала существенного звездного нуклеосинтеза . Элементы, начиная с углерода и выше, оставались загадкой.

Фред Хойл предложил гипотезу происхождения тяжелых элементов. Начав со статьи в 1946 году и расширив ее в 1954 году, Хойл предположил, что все атомные ядра тяжелее лития синтезируются в звездах . Обе теории согласились с тем, что некоторые легкие ядра (водород, гелий и небольшое количество лития) не образовывались в звездах, что стало ныне принятой теорией при Большом взрыве нуклеосинтеза H, He и Li .

Физика в статье

Б ² Статья ФХ якобы представляла собой обзорную статью, обобщающую последние достижения в теории звездного нуклеосинтеза . Однако он вышел за рамки простого обзора работы Хойла и включил в себя наблюдательные измерения содержания элементов, опубликованные Бербиджами, и лабораторные эксперименты Фаулера по ядерным реакциям. Результатом стал синтез теории и наблюдений, который предоставил убедительные доказательства гипотезы Хойла.

Теория предсказывала, что содержание элементов будет меняться с течением космологического времени, и эту идею можно проверить с помощью астрономической спектроскопии . Каждый элемент имеет характерный набор спектральных линий , поэтому звездную спектроскопию можно использовать для определения состава атмосферы отдельных звезд. Наблюдения указывают на сильную отрицательную корреляцию между начальным содержанием тяжелых элементов в звезде (известным как металличность ) и ее возрастом. Недавно образовавшиеся звезды имеют тенденцию иметь более высокую металличность.

Ранняя Вселенная состояла только из легких элементов, образовавшихся в ходе нуклеосинтеза Большого взрыва . Звездная структура и диаграмма Герцшпрунга-Рассела показывают, что продолжительность жизни звезды во многом зависит от ее начальной массы, при этом самые массивные звезды очень недолговечны, а менее массивные звезды живут дольше. Б ² В статье ФХ утверждается, что когда звезда умирает, она обогащает межзвездную среду «тяжелыми элементами» (в данном случае всеми элементами тяжелее лития), из которых образуются новые звезды.

Б ² В статье FH описаны ключевые аспекты ядерной физики и астрофизики, связанные с тем, как звезды производят эти тяжелые элементы. Тщательно изучая таблицу нуклидов , авторы определили различные звездные среды, которые могут создавать наблюдаемые закономерности содержания изотопов , а также ядерные процессы, которые должны за них отвечать. Авторы используют процессы ядерной физики, теперь известные как p-процесс , r-процесс и s-процесс , для объяснения элементов тяжелее железа . Содержание этих тяжелых элементов и их изотопов примерно в 100 000 раз меньше, чем содержание основных элементов, что подтверждает гипотезу Хойла 1954 года о ядерном синтезе в горящих оболочках массивных звезд.

Б ² Ф.Х. всесторонне изложил и проанализировал нуклеосинтез элементов тяжелее железа путем захвата звездами свободных нейтронов. Это гораздо меньше продвинуло понимание синтеза очень распространенных элементов, от кремния до никеля. В документе не были упомянуты процессы сжигания углерода , процесса сжигания кислорода и процесса сжигания кремния , каждый из которых вносит вклад в элементы от магния до никеля. Хойл уже предположил, что за это может быть ответственен нуклеосинтез сверхновых в своей статье 1954 года. Дональд Д. Клейтон меньше, объяснил, что статья Хойла 1954 года цитировалась чем статья Б. ² FH как комбинация факторов: сложность усвоения статьи Хойла 1954 года даже на четверку. ² соавторы ФХ и среди астрономов в целом; к тому, что Хойл описал свое ключевое уравнение только словами вместо того, чтобы писать об этом на видном месте в своей газете; и к неполному обзору B, сделанному Хойлом. ² Проект ФХ.

Написание статьи

Физик-ядерщик из Калифорнийского технологического института Уильям Альфред Фаулер использовал свой творческий отпуск , чтобы посетить Хойла в Кембридже с 1954 по 1955 год. Пара пригласила Маргарет Бербидж и Джеффри Бербидж присоединиться к ним в Кембридже, поскольку пара недавно опубликовала обширную работу о звездном изобилии, которое потребуется проверить гипотезу Хойла. Во время пребывания в Кембридже квартет работал над несколькими проектами; Фаулер и Хойл начали работу над обзором, который впоследствии стал B. ² ФХ. Фаулер вернулся в Калифорнийский технологический институт, работа еще далека от завершения, и призвал Бербиджей присоединиться к нему в Калифорнии. Для этой цели обоим Бербиджам в 1956 году Фаулер создал для них временные должности в Калифорнийском технологическом институте. Первый полный проект был завершен Бербиджами в 1956 году в Калифорнийском технологическом институте после добавления обширных астрономических наблюдений и экспериментальных данных в поддержку теории. статьи Маргарет Бербидж, первый автор , завершила большую часть работы во время беременности. Итоговый документ имеет объем 104 страницы, 34 графика , 4 фотопластинки и 22 таблицы ; несмотря на такую ​​длину, у него нет абстрактного файла .

Некоторые предполагали, что Фаулер был лидером группы, поскольку написание и представление для публикации были сделаны в Калифорнийском технологическом институте в 1956 году, но Джеффри Бербидж заявил, что это ошибочное мнение. Фаулер, хотя и был опытным физиком-ядерщиком, все еще изучал теорию Хойла в 1955 году и позже заявил, что Хойл был интеллектуальным лидером. Бербиджи также изучили теорию Хойла в 1954–55 годах в Кембридже. «В группе не было лидера, — писал Г. Бербидж в 2008 году, — мы все внесли существенный вклад».

Признание

Б ² Ф.Х. привлек научное внимание к области ядерной астрофизики . Рассмотрев теорию звездного нуклеосинтеза и подкрепив ее данными наблюдений, Б. ² Ф.Х. прочно утвердил свою теорию среди астрономов.

Фаулер был удостоен половины Нобелевской премии по физике 1983 года , возможно, за его вклад в ² ФХ. Нобелевский комитет заявил: «Вместе с рядом сотрудников [Фаулер] разработал в 1950-х годах полную теорию образования химических элементов во Вселенной». Вклад Фаулера в B ² ФХ включал в себя ядерную физику s -процесса и r - процесса .

Некоторые утверждают, что Фред Хойл заслужил аналогичное признание за теоретические работы по этой теме, и утверждают, что его неортодоксальные взгляды на Большой взрыв помешали ему получить часть Нобелевской премии. Джеффри Бербидж , например, утверждал в 2008 году, что «Хойлу следовало присудить Нобелевскую премию за эту и другие работы». Он также предположил, что причина, по которой Хойл оказался с пустыми руками, заключалась в том, что «Фаулер считался лидером группы». Бербидж настаивал на том, что это представление было ложным, и указал на более ранние основополагающие статьи Хойла 1946 года. и 1954 год.

Фаулер в своей Нобелевской лекции написал о Хойле: «Фред Хойл оказал второе большое влияние на мою жизнь. Великая концепция нуклеосинтеза в звездах была впервые четко сформулирована Хойлом в 1946 году».

Биограф Хойла Миттон предположил, что Хойл был исключен Нобелевским комитетом, потому что ранее он выступал против несправедливости со стороны Нобелевского комитета, игнорирующего Джоселин Белл Бернелл при получении премии 1974 года.

прошла конференция, В 2007 году в Калифорнийском технологическом институте в Пасадене, штат Калифорния, посвященная 50-летию публикации книги Б. ² ФХ, где Джеффри Бербидж представил замечания по поводу написания книги Б. ² ФХ.

См. также

• Бумага Альфера – Бете – Гамова

Дальнейшее чтение

• Бербидж, Э. Маргарет; Бербидж, Греция; Фаулер, Уильям А.; Хойл, Ф. (1957). «Синтез элементов в звездах» . Обзоры современной физики . 29 (4): 547–650. Бибкод : 1957РвМП...29..547Б . дои : 10.1103/RevModPhys.29.547 .