Forskere står for noget af det lithium, der mangler i vores univers

Der er en betydelig uoverensstemmelse mellem teoretiske og observerede mængder af lithium i vores univers. Dette er kendt som det kosmologiske lithiumproblem, og det har plaget kosmologer i årtier. Nu, forskere har reduceret denne uoverensstemmelse med omkring 10 %, takket være et nyt eksperiment om de nukleare processer, der er ansvarlige for skabelsen af ​​lithium. Denne forskning kunne pege på vejen til en mere fuldstændig forståelse af det tidlige univers.

Der er et berømt ordsprog, at "i teorien, teori og praksis er det samme. I praksis, det er de ikke." Dette gælder i alle akademiske domæner, men det er især almindeligt i kosmologi, studiet af hele universet, hvor det, vi synes, vi skal se, og det, vi virkelig ser, ikke altid stemmer overens. Det skyldes i høj grad, at mange kosmologiske fænomener er svære at studere på grund af utilgængelighed. Kosmologiske fænomener er normalt uden for vores rækkevidde på grund af de ekstreme afstande, der er involveret, eller ofte er de sket, før den menneskelige hjerne overhovedet havde udviklet sig til at bekymre sig om dem i første omgang - sådan er det med big bang.

Projektassistent Seiya Hayakawa og lektor Hidetoshi Yamaguchi fra Center for Nuclear Study ved University of Tokyo, og deres internationale team er især interesseret i et område af kosmologi, hvor teori og observation er meget forkert tilpasset, og det er spørgsmålet om det manglende lithium, det kosmologiske lithiumproblem (CLP). I en nøddeskal, teori forudsiger, at i minutterne efter big bang, der skabte alt stof i kosmos, der burde være en overflod af lithium omkring tre gange større end hvad vi faktisk observerer. Men Hayakawa og hans team stod for noget af denne uoverensstemmelse og har dermed banet vejen for forskning, der en dag kan løse det helt.

"For 13,7 milliarder år siden, da stof smeltede sammen fra energien fra big bang, almindelige lette elementer, vi alle genkender - brint, helium, lithium og beryllium - dannet i en proces, vi kalder Big Bang nukleosyntese (BBN), " sagde Hayakawa. "Men, BBN er ikke en ligetil kæde af begivenheder, hvor én ting bliver en anden i rækkefølge; det er faktisk et komplekst net af processer, hvor et virvar af protoner og neutroner opbygger atomkerner, og nogle af disse henfalder til andre kerner. For eksempel, overfloden af ​​en form for lithium, eller isotop - lithium-7 - skyldes for det meste produktionen og henfaldet af beryllium-7. Men det er enten blevet overvurderet i teorien, underobserveret i virkeligheden, eller en kombination af de to. Dette skal løses for virkelig at forstå, hvad der fandt sted dengang."

Lithium-7 er den mest almindelige isotop af lithium, svarende til 92,5 % af alle observerede. Imidlertid, selvom de accepterede modeller af BBN forudsiger de relative mængder af alle elementer involveret i BBN med ekstrem nøjagtighed, den forventede mængde lithium-7 er omkring tre gange større, end hvad der faktisk observeres. Det betyder, at der er et hul i vores viden om dannelsen af ​​det tidlige univers. Der er flere teoretiske og observationelle tilgange, som sigter mod at løse dette, men Hayakawa og hans team simulerede forhold under BBN ved hjælp af partikelstråler, detektorer og en observationsmetode kendt som den trojanske hest.

"Vi granskede mere end nogensinde før en af ​​BBN-reaktionerne, hvor beryllium-7 og en neutron henfalder til lithium-7 og en proton. De resulterende niveauer af lithium-7-overflod var lidt lavere end forventet, omkring 10 % lavere, " sagde Hayakawa. "Dette er en meget svær reaktion at observere, da beryllium-7 og neutroner er ustabile. Så vi brugte deuteron, en brintkerne med en ekstra neutron, som et fartøj til at smugle en neutron ind i en beryllium-7 stråle uden at forstyrre den. Dette er en unik teknik, udviklet af en italiensk gruppe, vi samarbejder med, hvor deuteron er som den trojanske hest i græsk myte, og neutronen er soldaten, der sniger sig ind i den uindtagelige by Troja uden at vippe vagterne (destabiliserer prøven). Takket være det nye forsøgsresultat, vi kan tilbyde fremtidige teoretiske forskere en lidt mindre skræmmende opgave, når de forsøger at løse CLP."