我國科學家在大爆炸鋰消耗反應研究獲進展

　　近日，中國科學院近代物理研究所及合作者，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。

　　大爆炸是當前描述宇宙起源和演化最成功的理論之一，而該理論并非十全十美。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）無法解釋，宇宙學界、天文觀測界和核物理界的科學家致力于解決該問題。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，且包括中子，實驗測量不易實現。近30年來，科研人員在大爆炸核合成計算中使用的是BM93反應率。

　　由近代物理所主導，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美國德州農工大學康莫斯分校，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。相關成果發表在The Astrophysical Journal上。

　　研究顯示，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，該研究首次給出該反應率的不確定性（圖2所示）。

　　研究運用重子均勻分布和不均勻分布兩種大爆炸模型計算，發現新反應率的使用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。

　　研究工作得到中科院戰略性先導科技專項（B類）、中科院青年創新促進會、國家自然科學基金等的支持。

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）

圖2.7Li(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，綠色陰影帶為相應的誤差，藍色實線和紅色實線分別對應BM93和CF88反應率。（圖/侯素青）