Formations des élements légers

Auteurs: Sylvain Fouquet, François Hammer

Réaction de formation de l'hélium

Réactions de synthèse de l'hélium, en bleu les neutrons, en rouge les protons, en jaune les photons.

Crédit : Astrophysique sur Mesure / Florence Durret, Fabienne Casoli et Gilles Bessou

Réaction de formation du deutérium

Le deutérium est formé par l'addition d'un proton et d'un neutron. Au dessus d'un milliard de Kelvins, il est instable car des photons peuvent facilement le dissocier.

p + n $\rightarrow$ D + $\gamma$ , où $\gamma$ est un photon résultant de la réaction.

Réaction de formation de l'Hélium et du tritium

Une fois la température descendue en dessous d'un milliard de Kelvin, il est possible de créer des noyaux plus massifs que le deutérium, le tritium, l'hélium 3 et 4, par le biais de plusieurs réactions nucléaires.

D + p $\rightarrow$ ³He + $\gamma$ puis ³He + n $\rightarrow$ ⁴He + $\gamma$

D + n $\rightarrow$ T + $\gamma$ puis T + p $\rightarrow$ ⁴He + $\gamma$

D + D $\rightarrow$ He + n et D + D $\rightarrow$ T + p

D + He $\rightarrow$ He +p

³He + ³He $\rightarrow$ ⁴He +2p

Proportion des atomes légers

La nucléosynthèse a commencé près de trois minutes après le Big Bang quand les protons représentaient 87% de la matière et quand les neutrons en représentaient 13%. Cette dissymétrie est due au fait qu'un neutron libre est instable et se transforme en proton avec un temps caractéristique de 10 min. La quasi-totalité des neutrons a servi à créer des noyaux d'hélium. Cela conduit à une masse d'hélium comprenant les 13% de neutrons ainsi que 13% de protons pour faire des noyaux d'hélium (2 protons, 2 neutrons). Le tout comprend 26% de la masse totale. Les 74% restant sont des protons qui formeront ultérieurement les atomes d'hydrogène à l'époque de la recombinaison.