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宇宙大爆炸排除了锂6的来源

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发表于 2020-2-14 14:18 | 显示全部楼层 |阅读模式
重现大爆炸后的瞬间
在意大利的一座山的深处,氢原子和氦原子核的碰撞已履历证了宇宙组成成份的奥秘:为什么现今的宇宙中观察到的锂6的量,与理论中表白猜测的、来自负爆炸后霎时发生的锂6元素的量之间,具有如此大的不同。一个在格兰萨索的地下核天体物理学实行室(LUNA)工作的国际研讨小组,初度丈量了在类似宇宙刚诞生几分钟时的条件下,锂6发生的速度。实行测得的速度表示,现实上,几乎全数的锂6都在大爆炸以后才发生——这是当前的核分解理论没法表白的。


图为宇宙大爆炸

早在恒星和星系起头构成之前的早期的宇宙中,只要三个根柢元素存在,他们是氢、氦、锂。按照大爆炸核分解理论(BBN),仅仅在大爆炸起头之前的几分钟锂,质子和中子团结在一路,构成了这三个根柢元素。尽管这个理论很奇妙地猜测了,对宇宙中的氢和氦的同位素的观察,可是它最大的缺点在于,它难以区分锂6和锂7这两种安定的锂的同位素。


图为早期宇宙


图为BBN理论反应形式




图为大爆炸后宇宙中发生的氢、氦、锂等元素

对于锂7而言,大量的观察数据表白,宇宙中的锂7元素,比BBN理论中猜测的要少的很多,而该理论的基石已经过德国德累斯顿-罗森多夫亥姆霍拙幽(HZDR)的丹尼尔·贝默勒和他的同事们于2006年,在LUNA上举行的实行证实确。现在贝默勒和一个国际物理学团队,已经将留意力转向一个占地球上全数锂元素7%的锂的同位素:锂6.

丰富了几千倍的锂元素
BBN理论模子猜测了,在这个“金属贫瘠”的恒星中——这一恒星则是被以为是宇宙中最早构成的恒星,是以可以反应早期宇宙的组成成分——锂6元素应当在锂原子核中占据五万分之一的数目。但是,澳大利亚的国立大学的马丁·阿斯普伦德和他的同事在2006年所做的观察表白,在类似的恒星中,锂6元素的丰富度横跨一千倍以上,约占现在全数锂元素含量的5%。是以,题目标关键是在于,能否存在盘算或是观察的毛病。


图为锂元素品貌最高的恒星

BBN理论以为,锂6元素的发生应当是由一次核反应主导,即氘(氢2)与氦4的碰撞以后的核聚变,从而发生了锂6和伽马射线。而贝默勒和他的同事们现在已经在LUNA操纵了40万伏的加速器,用于研讨早期宇宙发生的两种碰撞能量下的相互感化。为此,他们向氘气靶发射剧烈的氦4核束,并监测了伽马射线的碰撞,而伽马射线与锂6的发生息息关连。


图为(氢2)与氦4的碰撞以后的核聚变

背景信号发生的最小化
这类特定的核聚变进程发生的锂6的大要性很是低,以及这对于物理学家们来说,这是一项很是严重的实现挑衅。这一实行可以观察到,在全数由碰撞发生的其他辐射中较弱的伽马射线信号,以及来自自然发生的放射性物资和宇宙射线的背景信号。经过深上天下,LUNA的研讨职员可以淘汰宇宙射线的背景信号,同时经过用氮气冲洗实验地域,将实验中自然发生的氡气的影响被降到了最低。


在细致地分析了在两次实行的运转中,所获得的伽马射线光谱的细小波动以后,研讨小组盘算了由核聚变发生的锂6元素的速度——发现这一速度与初始预期数值大径类似。“起初,经过我们的实行,我们确切可以研讨,锂6元素在一部分的大爆炸能量中的发生反应。”贝默勒说。随后,研讨小组操纵BBN理论来盘算,锂6元素和锂7元素在早期的宇宙中应当存在的比例。其盘算成果与先前的预估成果类似,尽管存在偏小的毛病,但这仍然使得在金属如此缺氨赡恒星中,对高阶的锂6元素的观察加倍奥秘。贝默勒说,“多亏了新的丈量方式,我们晓得未来会观察到不服常的锂元素浓度,这并不能由原始的核分解反应缔造。”



新物理学的提醒?
至于宇宙中绝大大都锂6元素的根源,这以最新丈量成果进一步地证实确锂6元素在早期宇宙中不大要被人类捏造的说法。其中一种大要性是由于锂的同位素在恒星耀斑中发生,而另一个更根柢的想法是,迄今为止,在未知的物理进程中发生了过量的锂6元素,这使得同位素的宇宙丈量成为了超越粒子物理学标准模子的物理学的匿伏探讨。
参考材料
1.Wikipedia百科全书
2.天文学名词
3. Hamish Johnston-milketeaa
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