Det kosmologiske lithiumproblem

Det internationale samarbejde n_TOF, hvor en gruppe forskere fra University of Sevilla deltog, har gjort brug af den unikke kapacitet på tre af verdens atomfaciliteter til at udføre et nyt forsøg med det formål at finde en forklaring på det kosmologiske lithiumproblem. Dette problem er blandt de stadig uløste spørgsmål i den nuværende standardbeskrivelse af Big Bang. De nye eksperimentelle resultater, deres teoretiske fortolkninger og deres implikationer er blevet offentliggjort i Fysisk gennemgangsbreve .

Nukleare reaktioner, der er ansvarlige for skabelse og ødelæggelse af atomkerner under Big Bang, er afgørende for at bestemme den oprindelige overflod af lithium, det tredje (og sidste) kemiske element dannet i den meget tidlige fase af universets oprettelse. Standardmodellerne for Big Bang forudsiger en overflod af Li ⁷ , den vigtigste lithiumisotop, tre eller fire gange mere end det, der faktisk blev observeret. For nylig, på n_TOF -anlægget på CERN, forskere undersøgte muligheden for en neutronkanal, der muligvis kunne øge ødelæggelsen af ​​isotopen Be7, forløberen for Li7, og gør derfor den beregnede og observerede kosmologiske overflod af lithium kompatibel.

"Potentielt, en neutronreaktionskanal kan muligvis løse det kosmologiske lithiumproblem, som er et af de stadig uafklarede aspekter af den nuværende standardbeskrivelse af Big Bang, "siger professor José Manuel Quesada på universitetet i Sevilla.

På SINQ -anlægget i PSI (Villigen Schweiz) blev det "ubeskårne" materiale til brug i det nye forsøg adskilt. Materialet blev derefter sendt til ISOLDE radioaktive strålefacilitet ved CERN for at producere et rent mål med mindre end 0,1 milligram Be7, som derefter blev sendt til n_TOF -anlægget for at blive inkluderet i neutronmålinger.

Det er første gang, at de to CERN -faciliteter dedikeret til atomfysiske eksperimenter har udført et eksperiment sammen, ved hjælp af ISOLDE radioaktive ionstråle til at producere det mål, der er nødvendigt for et eksperiment på n_TOF ved hjælp af neutron time-of-flight teknik.

I et tidligere forsøg på n_TOF, den effektive del af ⁷ Vær (n, en) ⁴ Reaktionen blev målt i en lang række energier, som tillod indførelse af strenge restriktioner på en af ​​isotop Be -ødelæggelsesmekanismer ₇ under Big Bang. I dette eksperiment, imidlertid, reaktionen ⁷ Vær (n, p) ⁷ Li blev målt, udvidelse af tidligere erhvervede data til en større række energier, muliggør opdatering af reaktionshastigheden, der blev brugt i beregningerne i Big Bangs standardmodel.

"Selvom de nye data indhentet fra eksperimenterne på n_TOF muliggør etablering af et meget fastere grundlag for BBN -beregninger, konklusionen på dette projekt er, at neutronkanaler ikke er nok til at løse det kosmologiske lithiumproblem. Det videnskabelige samfund har en udfordring, der vil kræve yderligere indsats for at løse, og dette vil involvere områderne nuklear astrofysik, astronomiske observationer, ikke-standard kosmologi og endda ny fysik ud over standardmodellen for partikelfysik, "skriver forskerne.