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缩小差距:研究人员解释了我们宇宙中缺少的一些锂的原因

时间:2021-07-06 21:48:58 | 来源:cnBeta

原标题:缩小差距:研究人员解释了我们宇宙中缺少的一些锂的原因 来源:cnBeta.COM

在我们的宇宙中,锂的理论数量和观测数量之间存在着巨大的差异。这被称为宇宙学的锂问题,几十年来一直困扰着宇宙学家。现在,研究人员已经将这一差异减少了约10%,这要归功于一项关于负责创造锂的核过程的新实验。这项研究可能为更全面地了解早期宇宙指明了方向。

科学界有一句名言:"在理论上,理论和实践是一样的。在实践中,它们是不一样的"。这句话几乎在每个学术领域都是正确的,但在宇宙学中尤其常见,即对整个宇宙的研究,我们认为我们应该看到的和我们真正看到的并不总是一致的。这主要是因为许多宇宙学现象由于无法接触到而难以研究。宇宙学现象通常是我们无法触及的,因为涉及到极端的距离,或者往往在人类大脑进化到首先担心它们之前就已经发生了 - 大爆炸就是这种情况。

来自东京大学核研究中心的项目助理教授Seiya Hayakawa和讲师Hidetoshi Yamaguchi以及他们的国际团队对宇宙学的一个领域特别感兴趣,在这个领域中,理论和观测非常不一致,这就是缺失的锂的问题,即宇宙学锂问题(CLP)。简而言之,理论预测,在创造了宇宙中所有物质的大爆炸之后的几分钟内,应该有比我们实际观察到的多三倍左右的锂的丰度。但是Hayakawa和他的团队解释了这一差异的一部分,并因此为有一天可能完全解决这一问题的研究铺平了道路。

Hayakawa表示:"137亿年前,随着物质从大爆炸的能量中凝聚起来,我们都认识的常见轻元素--氢、氦、锂和铍--在一个我们称之为大爆炸核合成(BBN)的过程中形成。"然而,BBN并不是一个直接的事件链,一个东西依次变成另一个东西;它实际上是一个复杂的过程网络,质子和中子的杂乱无章建立了原子核,其中一些衰变为其他原子核。例如,一种形式的锂,或同位素--锂-7的丰度,主要是由铍-7的产生和衰变而来。但它要么在理论上被高估,要么在现实中观察不足,要么是两者的结合。这如果能得到解决,便可以真正了解当年发生的事情。"

锂-7是最常见的锂的同位素,占所有观测结果的92.5%。然而,尽管公认的BBN模型极其准确地预测了参与BBN的所有元素的相对数量,但预期的锂-7的数量比实际观察到的要多三倍左右。这意味着我们对早期宇宙的形成存在着知识上的空白。有几种理论和观测方法旨在解决这个问题,但Hayakawa和他的团队使用粒子束、探测器和一种被称为特洛伊木马的观测方法模拟了BBN期间的条件。

"我们比以往任何时候都更仔细地研究了BBN反应之一,即铍-7和一个中子衰变为锂-7和一个质子。由此产生的锂-7丰度水平比预期的略低,大约低10%,"Hayakawa说。"这是一个非常难以观察的反应,因为铍-7和中子是不稳定的。因此,我们使用了氘核,一个带有额外中子的氢核,作为一个容器,在不干扰铍-7光束的情况下将中子'偷渡'到其中。

这是一项独特的技术,由该天文研究团队合作的一个意大利小组开发,其中氘核就像希腊神话中的特洛伊木马,而中子就是潜入坚不可摧的特洛伊城而不惊动守卫的士兵(破坏样品的稳定性)。新的实验结果可以为未来的理论研究人员在试图解决CLP时提供一个稍微不那么艰巨的任务。

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