Fusion carbone-carbone

[invite41dd6597]

Bonjour,
J'aimerais connaître les raisons pour lesquelles 2% des fusions nucléaires du Soleil transforment des éléments plus lourds que H et He (jusqu'à C en N). A quelle température une telle fusion peut-elle se produire ?
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[Calvert]

Salut!

Commençons par le commencement. Le Soleil est une étoile de faible masse. Il connaîtra donc seulement deux phases de fusion nucléaires: la première: il brûle son hydrogène et le convertit en hélium (ce qu'il fait maintenant). Par la suite, lorsqu'il aura épuisé son H, il brûlera son He qu'il transformera en éléments plus lourds (C, O).

Donc, dans le Soleil, pas de fusion C-C.

Regardons de plus près comment il brûle son H.

Il existe deux moyens:

1. Les chaînes proton-proton (chaînes pp)

Dans ces réaction, H est convertit en He par simples réactions proton-proton (deux protons fusionnent et produisent du deutérium, puis le deutérium fusionne avec un proton et produit de l'hélium 3, puis deux héliums 3 fusionnent et donnent un hélium 4 et deux protons, par exemple, pour la plus connue (chaîne ppI)).

2. Le cycle CNO
Ici, c'est un peu plus subtil: le C, N et O déjà présent dans le Soleil sont utilisés comme "catalyseurs"; c'est-à-dire qu'ils aident à la fusion de H. Ce processus transforme progressivement C et O en N (en fait, il y a une accumulation sur N, car la fusion de cet élément est la plus lente).
Donc, via ce cyle, le carbone et l'oxygène originellement présent dans l'étoile sont progressivement changés en azote.
Mais ce n'est pas véritablement de la fusion C-C.


Pour les étoiles les plus légères, comme le Soleil, c'est les chaînes pp qui dominent la production nucléaire. Pour les étoiles plus massives, c'est plutôt le cycle CNO. C'est pourquoi une petite partie du C et de O du coeur en N. Au-dessous de 15 millions de degrés, les chaînes pp dominent, au-dessus, le cycle CNO.

La véritable fusion du carbone se produit dans les étoiles plus massives (~8 masses solaires au moins), et a lieu après la fusion de He, à des températures très élevées (500 millions à 1 milliard de degré).

[invite41dd6597]

Oui, en revanche comme le deutérium est un isotope de l'hydrogène (donc une seul proton), pourquoi deux protons (donc hydrogène) donneraient du deutérium (avec 1 proton et 1 neutron et non pas 2 protons) ?

[Calvert]

Là, il faudrait l'avis d'un physicien des particules, mais à mon aivs, l'énergie nécessaire pour vaincre la barrière de portentiel répulsif est plus grande que la différence de masse entre le proton et le neutron, et donc un proton se transforme en neutron via intéraction faible et émission d'un positron.

Mais cela demanderait confirmation.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invité576543]

Bonjour,

Oui, en revanche comme le deutérium est un isotope de l'hydrogène (donc une seul proton), pourquoi deux protons (donc hydrogène) donneraient du deutérium (avec 1 proton et 1 neutron et non pas 2 protons) ?

Je ne suis pas bien sûr de comprendre la question. Une réponse semble être simplement qu'un noyau composé de deux protons est instable, comme plein de noyaux "potentiels". Un assemblage de n protons et m neutrons n'est stable que pour un nombre finalement très faible de cas (m, n), et (2, 0) n'est pas dans la liste alors que (1, 1) l'est...

Autre réponse, assez similaire: toutes sortes d'assemblages se créent au hasard des collisions, et seuls les assemblages stables restent. Des assemblages de 2 protons doivent exister, mais ont un temps de vie négligeable. Alors qu'un assemblage d'un proton et un neutron peut exister longtemps...

Cordialement,

[mariposa]

Là, il faudrait l'avis d'un physicien des particules, mais à mon aivs, l'énergie nécessaire pour vaincre la barrière de portentiel répulsif est plus grande que la différence de masse entre le proton et le neutron, et donc un proton se transforme en neutron via intéraction faible et émission d'un positron.

Mais cela demanderait confirmation.

Oui c'est excate. Ce processus (interaction faible) donne une durée de vie du proton de 10*9 ans.

[invité576543]

Selon le Wikipédia (et des tas d'autres sites...):

Durée de vie du proton : Stable (supérieure à 10³⁰ ans, voire à 10³³ans)

Une peu plus d'explication permettrait d'éviter aux lecteurs pas trop courant d'apprendre des choses erronées, ou à d'autres de voir une erreur, là où il n'y a qu'ellipse.

Cordialement,

[Coincoin]

Je ne sais pas si le "diproton" (on va appeller ça comme ça) est lié (à cause de la barrière coulombienne), mais si c'est le cas, il doit être très instable et décroître rapidement deutérium par désintégration béta.

[mariposa]

Je ne sais pas si le "diproton" (on va appeller ça comme ça) est lié (à cause de la barrière coulombienne), mais si c'est le cas, il doit être très instable et décroître rapidement deutérium par désintégration béta.

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Le "diproton" ne peut pas un état être un état lié du point de vue coulombien. il pourrait être éventuellemment lié par le résidu d'interaction forte mais cet état entre en résonance avec le continum de dissociation P donne N + positron + neutrino. Pour que cela arrive il faut que l'énergie cinétique relative des 2 protons soient plus grande que la différence de masse en proton et neutron.
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Petite subtilité: Si le gaz de positron est fortement dégénéré il y a une condition de seuil supplémentaire, il faut que le positron ait dans l'état final une énergie supérieure à l'énergie de Fermi. (le soleil n'est pas concerné par ce problème).

[mariposa]

Selon le Wikipédia (et des tas d'autres sites...):

Durée de vie du proton : Stable (supérieure à 10³⁰ ans, voire à 10³³ans)

Une peu plus d'explication permettrait d'éviter aux lecteurs pas trop courant d'apprendre des choses erronées, ou à d'autres de voir une erreur, là où il n'y a qu'ellipse.

Cordialement,

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Il s'agit de la durée du proton seul ce qui n'a rien à voir avec la dynamique de la collision proton-proton. Wikipedia n'est pas une référence fiable, tout le monde peut écrire ce qu'il veut, il n' y a pas de referee.

[invité576543]

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Il s'agit de la durée du proton seul ce qui n'a rien à voir avec la dynamique de la collision proton-proton. Wikipedia n'est pas une référence fiable, tout le monde peut écrire ce qu'il veut, il n' y a pas de referee.

Je sors de ma réserve pour y revenir aussitôt. Tu réponds comme si tu n'avais pas lu tout le message, scénario connu.

Bye, c'est toujours aussi insupportable, je te laisses apporter la confusion que tu estimes utile.

mais avec

[mariposa]

Bye, c'est toujours aussi insupportable, je te laisses apporter la confusion que tu estimes utile.

mais avec

De quelle confusion s'agit-il?

[invite41dd6597]

Là, il faudrait l'avis d'un physicien des particules, mais à mon aivs, l'énergie nécessaire pour vaincre la barrière de portentiel répulsif est plus grande que la différence de masse entre le proton et le neutron, et donc un proton se transforme en neutron via intéraction faible et émission d'un positron.

Mais cela demanderait confirmation.

Et qu'est-ce qu'ils deviennent les quarks ???
Je veux bien qu'un proton devient un neutron (c'est la seule explication), mais dites-moi alors comment les trois quarks +2/3 +2/3 -1/3 deviennent -2/3 +1/3 +1/3

[mariposa]

Et qu'est-ce qu'ils deviennent les quarks ???
Je veux bien qu'un proton devient un neutron (c'est la seule explication), mais dites-moi alors comment les trois quarks +2/3 +2/3 -1/3 deviennent -2/3 +1/3 +1/3

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1- Ca devient 2/3, -1/3, -1/3
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2- Un proton qui se transforme en neutron se traduit en terme de quark: un quark up se "transforme" en un quark down.

[invite41dd6597]

Merci.
Pour en terminer avec mes interrogations, est-ce que vous pourriez m'expliquer en définitive comment se passe cette transformation.

[invité576543]

Merci.
Pour en terminer avec mes interrogations, est-ce que vous pourriez m'expliquer en définitive comment se passe cette transformation.

En supposant que ta question concerne la réaction proton-proton:

En gros, deux protons arrivent l'un sur l'autre plein pôt, ce qui casse les protons. Ca donne un paquet de machins qui initialement est (peut-être) quatre u et deux d, mais qui devient vite le siège de pleins de réactions diverses et variées, et le résultat de toute cette marmelade se réarrange à la fin comme un tas lié de 3 u et 3 d (un deutéron), un positron et un neutrino.

Le deutéron va de son côté, le positron du sien (le plus probablement finissant sur un électron pour faire des gammas), le neutrino du sien (le plus probable étant un long long voyage l'emmenant visiter une autre partie de l'univers).

Le point ici est qu'il ne faut pas chercher à penser en terme d'un proton particulier se transformant en neutron particulier (ou même d'un u particulier se transformant en d particulier), mais d'un magma de quarks et de gluons issu des deux protons se réarrangeant en deutéron + postiron + neutrino.

Cordialement,

[mariposa]

Merci.
Pour en terminer avec mes interrogations, est-ce que vous pourriez m'expliquer en définitive comment se passe cette transformation.

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Le sujet a du être bien étudié, mais je ne connais pas le processus..

Le plus vraisemblable est qu'il se forme d'abord une paire proton-proton liée par l'interaction forte qui va immédiatement se dissocier à nouveau en 2 protons indépendants, la durée de vie de la paire liée est donc très faible.

Cette paire proton-proton est aussi un état excité de la paire proton-neutron, par consèquent la paire proton-proton va se dé-exciter en émettant un positron et un neutrino ce qui traduit par la transformation d'un des 2 protons en neutrons.
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