Курс лекций «Нуклеосинтез во Вселенной» читается для студентов физического факультета МГУ имени М. В. Ломоносова.

Целью курса является изложение современных взглядов и сведений о нуклеосинтезе (синтезе ядер) в процессе рождения и эволюции Вселенной. В курсе рассматриваются характеристики и все основные этапы развития Вселенной, основные свойства и характеристики звезд. Особое внимание уделено ядерным реакциям в звездах: горение водорода и гелия, образование легких элементов в звездах. Обсуждается нуклеосинтез в сверхновых, дозвездная стадия эволюции Вселенной, нуклеосинтез в современную эпоху и многое другое.

Прогресс в этой области науки связан с достижениями физики ядра и элементарных частиц. Именно законы микромира позволяют понять то, что происходит во Вселенной. 

Список всех тем лекций

Лекция 1. Распространенность элементов..
Введение, открытие ядра. Открытие стационарных орбит. Устройство атомного ядра, открытие протона (первые ядерные реакции). Открытие нейтрона. Свойства свободных и связанных нуклонов. Диаграмма атомных ядер. Астрофизика и нуклеосинтез. Энергия ионизации атомов, радиус атома. Причины свечения звезд, синтез ядер в звездах. Обнаружение расширения вселенной и конечного времени жизни звезд. Изменение представления о вселенной. Современные представления о вселенной. Характерные масштабы во вселенной. Характеристики Вселенной.  Распределение вещества и структуры во Вселенной. Из чего состоит вещество во Вселенной? Откуда появляется такое распределение материи, крупномасштабное строение вселенной. Что из себя представляет галактика? Расчетная задача для гравитационной энергии сферического распределения.

Лекция 2. Распространенность элементов..
Расчетная задача для гравитационной энергии сферического распределения. Устройство солнечной системы. Что такое планета, звезды и другие звездные тела, ядерные реакции в них? Характеристики планет солнечной системы. Экзопланеты, способы обнаружения. Для чего ищут экзопланеты? Из чего глобально состоит Вселенная, какие вопросы еще не решены? Основные составляющие галактики, темная материя. Распространенность химических элементов. Изучение распространенности химических элементов в разных областях Вселенной. Химический состав Солнца, модель Кирхгофа.  Изучение спектров под атмосферой и вне нее. Модель Бора. Линии атома водорода, серии, возбужденные состояния. Распространенность водорода, водород в звездах Уширение спектральных линий и его причины, итоги лекции.

Лекция 3. Дозвездная стадия эволюции вселенной. Происхождение вещества..
Определение вселенной, ее эволюция и характеристики. Частицы Вселенной. Наши представления о вселенной, как они менялись, модель Гамова.  Постоянная Хаббла, закон Хаббла, скорость расширения Вселенной. Большой взрыв. Виды галактик. Характеристики галактик. Дозвездная стадия эволюции Вселенной. Решение задачи о планковских константах. Великие объединения (объединения взаимодействий). Свойства Х, У - бозоны. Распад Х - бозона и соответствующего антибозона. Электрослабое взаимодействие и его свойства. Адронная эра. Лептонная эра. Радиационная эра. Открытие реликтового микроволнового излучения. Спектр теплового излучения, угловой масштаб неоднородностей. Объединение всех взаимодействий. Проблемы модели горячей Вселенной. Что из себя представляет темная материя? Открытие расширения вселенной.

Лекция 4. Дозвездный нуклеосинтез..
Дозвездный нуклеосинтез, локальные этапы эволюции. Свойства кварков. Свойства адронов. Гипотеза кварков. Слабые распады адронов. Электромагнитные и слабые распады адронов. Распад s-кварка. Распад с-кварка. Распад b-кварка. Лептоны, семейства частиц и выходы адронов. Еще несколько результатов выхода частиц при столкновения ядер Au. Дозвездный нуклеосинтез. Взаимодействие дейтерия. Первичный нуклеосинтез. Расчет содержания ядер, проблемы дозвездного нуклеосинтеза.

Лекция 5. Теорема о вириале. Рождение звезды. Ядерные реакции в звездах..
Эволюция Вселенной. Решение задачи с предыдущей лекции. Теорема о вириале. Гравитационная энергия однородного шара Коллапс звездного вещества. Образование звезд. Протопланетный диск и протозвезда во время звездообразования. Пределы измерения характеристик звезд. Функция Солпитера. Образование химических элементов, термоядерные реакции. Открытие циклов термоядерных реакций. Дозвездное образование вещества. P-P цепочка. Главная последовательность. Спектры звезд. C-N-O цикл.

Лекция 6. Горение гелия, водорода, углерода, кислорода и кремния..
Распространенность нуклидов во Вселенной, реакции их образования. Горение гелия. и углерода-12. C-N-O цикл и горение гелия. и неона-22. Горение водорода. Горение углерода и кислорода. Полный цикл звезды и соответствующие реакции. Горение кремния. Удельная энергия связи ядра. Эволюция звезды. Характеристика звезд, плотность, температура и процессы внутри звезды. Предсверхновая.

Лекция 7. Горение кремния. Реакции под действием нейтронов s - процесс и r - процесс..
Распространенность нуклидов во вселенной. Звездная эволюция. Горение кремния. Предсверхновая. Захват нейтронов (n-процесс). Нейтроны для n-процесса. S-процесс. Условия протекания s-процесса. S-процесс на тяжелых ядрах. R-процесс, аргументы в пользу r-процесса. Что определяет r-процесс?

Лекция 8. Обойденные ядра..
Распространенность нуклидов во вселенной, нерешенные проблемы. Цепочка s-процесса. P-изотопы, обойденные ядра. Основные реакции получения p-изотопы. Распределение элементов в предсверхновой. Фотодиссоциация ядер железа. Нейтронизация звезды. Сверхновые 2-го типа, взрыв сверхновой.  Механизм взрыва сверхновой. Эволюция звезд разной массы. Сверхновые 1-го типа. Спектральные линии сверхновых. Сверхновые 1-го и 2-го типа. Модель звезды - системы независимых фермионов. Частицы в фазовом пространстве. Белый карлик и его характеристики. Нейтронные звезды и их поля. Конечная стадия эволюции звезд. 

Лекция 9. Космические лучи. Проблемы Li, Be, B..
Космические лучи, введение. Ионизация воздуха в атмосфере. История космических лучей и их свойства. Энергетический спектр космического излучения. Относительная распространенность элементов в космических лучах. Характеристики первичных космических лучей. Основные компоненты космических лучей. Плотность энергии космических лучей. Энергетический спектр космического излучения. Изотропия космического излучения. Спектры частиц в космических лучах. Проблемы Li, Be, B. Спектры ядер галактических лучей Сечение взаимодействия космических протонов. Рождение легких ядер. Спектр солнечного ветра. Широкие атмосферные ливни (ШАЛ), каскады частиц. Состав вторичного излучения. Метод регистрации ШАЛ. Интенсивность лучей высокой энергии на границе атмосферы. Широтный эффект. Восточно-западная асимметрия. Радиационные пояса Земли. Космическое излучение во времени. Квазары.

Лекция 10. Нуклеосинтез в сверхновых..
Основные процессы образования химических элементов в звездах. Типы излучения электромагнитных волн. Основные источники гамма-квантов в космической среде и звездах. Тормозное излучение электрона. Обратное комптоновское рассеяние. Гамма-кванты высоких энергий и диффузное излучение. Источники фотонов высокой энергии. Основные источники гамма-квантов. Фотоядерные реакции. Сверхновые 1-го типа как источник гамма-квантов. Гигантский дипольный резонанс. Резонансное поглощение гамма-кванта. Роль гамма-квантов в первичном нуклеосинтезе. Сечение ядерных и фотоядерных реакций. Звездная эволюция Роль возбужденных состояний ядер. Ядерные реакции в звездах. Особенности ядерных реакций в звездах, в лаборатории и в естественных условиях. Синтез ядер до германия. Гамма-активационная методика. Фотоядерные источники нейтронов. Образование ядер железного пика, тяжелые ядра и p-элементы.

Лекция 11. Энергия связи ядра. Радиоактивные пучки. Слияние ядер..
Диаграмма ядер, повторение. Энергия связи ядра, формула Вайцзекера. Получение нестабильных ядер. Пример для таллия и ртути. Пример для реакции протона с ураном. Радиоактивные пучки. Метод электронной сепарации продуктов реакции и примеры установок. Диаграмма ядер и реакции их получения. Спонтанное деление урана. Карта тяжелых ядер. Остров стабильности. Трансурановые элементы. Виды распадов для разных ядер. Слияние ядер, сечение реакции. Примеры реакций слияния и следующих за ними распадов. Способы проведения экспериментов и заключение.