科研人員在大爆炸鋰消耗反應研究中取得進展

                            

                            近日,中國科學院近代物理研究所科研人員及合作者在大爆炸重要鋰消耗反應7Li(d,n)24He的天體反應率研究中取得重要進展, 相關成果發表在天體物理期刊The Astrophysical Journal上。 

                            大爆炸是目前描述宇宙起源和演化最成功的理論,然而,該理論并非十全十美。其中,大爆炸鋰豐度問題(初期鋰豐度的理論預測值是觀測值的三倍)一直無法解釋。幾十年來,來自宇宙學界、天文觀測界和核物理界的科學家們一直致力于解決該問題。 

                            大爆炸核合成包含的數百個反應中,重要反應只有17個。經過科研人員多年的不懈努力,目前反應率存在較大不確定性的重要反應只剩下7Li(d,n)24He。由于該反應出射道涉及三個粒子,而且還包括中子,實驗測量不易實現。因此,近30年來,研究者們在大爆炸核合成計算中一直使用的是BM93反應率。 

                            由中科院近代物理所科研人員主導,聯合北京航空航天大學、日本東京大學、日本國立天文臺、英國赫爾大學、匈牙利科學院、美國密西根州立大學和德州農工大學康莫斯分校的研究者,采用國際上新近測量的鏡像核對9B和9Be氘閾附近的能級信息,巧妙利用相關理論,給出了可靠的7Li(d,n)24He天體反應率。 

                            結果顯示,在大爆炸核合成典型溫度處,新反應率比當前廣泛使用的BM93反應率小了將近兩個量級。同時,該結果也首次給出了該反應率的不確定性(如圖二所示)。 

                            通過重子均勻分布和不均勻分布兩種大爆炸模型計算,研究人員發現,新反應率的使用并沒有朝著解決鋰豐度問題的方向發展,反而加劇了該問題。該工作消除了最后一個控制大爆炸核合成的重要反應的反應率不確定性,對于進一步理解鋰豐度問題,推動宇宙學、天文觀測學和粒子物理學的發展,探索和限制標準模型外新物理具有重要意義。 

                            該工作得到了中科院戰略性先導科技專項(B類)、中科院青年創新促進會基金、自然科學基金等項目的支持。 

                            文章鏈接: https://doi.org/10.3847/1538-4357/ac1a11 

                             

                            圖1:起源于宇宙大爆炸(箭頭起始處)的宇宙隨時間(紅色箭頭方向)的演化示意圖。7Li(d,n)24He反應發生在宇宙早期的原初核合成過程。(圖源/NASA 

                             

                            27Li(d,n)24He天體反應率隨溫度的變化曲線。黑色實線為最新結果,其中綠色陰影帶為相應的誤差。藍色實線和紅色實線則分別對應BM93CF88反應率。(圖/侯素青) 

                            (放射性束物理室  供稿)

                            
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