Почему солнечные протоны всё-таки сближаются
Протоны имеют одинаковый положительный электрический заряд, поэтому отталкиваются. Чтобы началась реакция, им нужно подойти очень близко — настолько, чтобы стало заметным сильное ядерное взаимодействие, удерживающее частицы вместе. Электрическое отталкивание создаёт на пути к этому сближению энергетический барьер.
В ядре Солнца частицы движутся быстро из-за высокой температуры, но типичной энергии протона недостаточно, чтобы просто преодолеть барьер целиком. Здесь и важен квантовый эффект: у протона есть небольшая вероятность оказаться по другую сторону барьера, даже если с точки зрения классической физики энергии для этого не хватает. Чем ближе протоны подходят, тем выше шанс, что взаимодействие между ними приведёт к реакции.
Туннелирование — лишь первый шаг
Само сближение ещё не означает, что протоны обязательно сольются. В основной солнечной цепочке реакций двум протонам нужно превратиться в дейтерий — разновидность ядра водорода с одним протоном и одним нейтроном. Для этого один из протонов должен стать нейтроном; такое превращение вызывает слабое ядерное взаимодействие, которое происходит редко.
Поэтому вероятность всей реакции мала: сначала должно помочь туннелирование, а затем частицы должны пройти ещё один крайне маловероятный этап. Но в огромном объёме солнечного ядра одновременно сталкивается очень много протонов, и редкие события всё же происходят постоянно.
Почему редкость поддерживает звезду
Медленный ход реакций имеет важное следствие: Солнце не расходует водород мгновенно. Энергия, выделившаяся в реакциях, постепенно передаётся наружу и в конце концов достигает поверхности в виде излучения. Туннелирование не превращает каждое столкновение в синтез; оно делает возможными лишь некоторые сближения, а дальнейшие ограничения задают темп, с которым звезда получает энергию.
