kosmisk nukleosyntese

Kosmisk nukleosyntese er betegnelsen på kjerneprosesser i det første kvarteret av universets historie, da de letteste grunnstoffene ble dannet.

Ved hjelp av de store partikkelakseleratorene kan man simulere forholdene som eksisterte tidlig i universets historie. Med LHC-akseleratoren i CERN oppnås like stor energi per partikkel som partiklene i universet hadde 10^-12 sekunder (ett milliondels milliondels sekund) etter big bang. Da eksisterte frie kvarker, elektroner, positroner, nøytrinoer og fotoner, med kvarker i mindretall.

Ved 10^-6 sekunder dannet kvarkene protoner og nøytroner. Alle partiklene kolliderte hyppig med hverandre. Materien og strålingen eksisterte som et enormt opphetet plasma.

Da universet var ett sekund gammelt, ble det gjennomsiktig for nøytrinoene. Dersom vi kunne observere den kosmiske nøytrinobakgrunnsstrålingen, ville vi se hvordan universet var ett sekund etter big bang.

Ti sekunder etter big bang var det fortsatt mange flere elektroner og positroner enn det var protoner og nøytroner. Det var et lite overskudd av elektroner i forhold til positroner. Ved dette tidspunktet begynte elektronene og positronene å annihilere hverandre, og energien deres ble omdannet til stråling. I løpet av omtrent ett minutt var bare overskuddet av elektroner igjen, like mange som antallet protoner, slik at det kosmiske plasma ikke hadde noen netto ladning.

Ved dette tidspunktet begynte den kosmiske nukleosyntesen. I løpet av noen minutter ble de letteste atomkjernene dannet; deuterium, med to protoner, helium-3, med to protoner og et nøytron, og vanlige heliumkjerner, med to protoner og to nøytroner. Etter cirka ett kvarter var det omtrent 75 prosent hydrogenkjerner (protoner), litt over 24 prosent heliumkjerner og små mengder av de andre kjernene.