宇宙中重元素是如何产生的

宇宙中重元素是如何产生的

GSI的一项实验模拟了重元素如何捕获质子

重元素是在恒星爆炸或中子星表面通过捕获氢原子核(质子)而产生的。这发生在极高的温度下，但能量相对较低。由歌德大学领导的一个国际研究小组现在成功地调查了GSI Helmholtzzentrum fur Schwerionenforschung储存环中质子的捕获情况。

正如科学家们在最新一期的《物理评论快报》(Physical Review Letters)上所报道的，他们的目标是更精确地确定在天体物理场景中质子捕获的概率。正如GSI原子物理研究部门的Jan Glorius博士解释的那样，他们在这项努力中面临着两个挑战:“这些反应最有可能发生在天体物理条件下的能量范围内，称为伽莫夫窗口。在这个范围内，原子核的速度往往比较慢，因此很难达到所需的强度。此外，横截面——质子俘获的概率——随着能量的增加而迅速减小。到目前为止，在实验室里为这类反应创造合适的条件几乎是不可能的。”

歌德大学(Goethe University)实验天体物理学教授雷内•赖法斯(Rene Reifarth)早在10年前就提出了一个解决方案:当重反应伙伴在加速器中与静止质子气体相互作用时，可以更精确地达到伽莫夫窗口范围内的低能量。2015年9月，他与一群海姆霍尔兹早期职业研究人员取得了第一次成功。从那以后，他的团队得到了尤里·利特维诺夫教授的大力支持。利特维诺夫教授在GSI领导着由欧盟资助的阿斯特拉姆研究项目。

在实验中，国际团队首先制造了氙离子。它们在实验存储环ESR中减速，并与质子相互作用。这就导致了氙核捕获质子并转化为更重的铯的反应——这一过程类似于天体物理场景中发生的过程。

“这个实验对推进我们对宇宙核合成的理解做出了决定性的贡献，”Rene Reifarth说。“由于GSI的高性能加速器设施，我们能够改进为重型反应伙伴减速的实验技术。我们现在对反应速率发生的区域有了更精确的了解，这在以前只是理论上的预测。这使我们能够更精确地模拟宇宙中元素的产生。