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碳是生命的基石，人们认为它主要是在星球内核处形成。但是一个新的实验对另一个观点进行了探究：也有的碳是在超新星爆炸或者中子星碰撞的时候形成的。为了制作碳-12——这种最常见的碳的存在形式——的原子核，必须有非常罕见的过程：要把三个氦-4的原子核（也被称为alpha粒子，它含有两个质子和两个中子）聚集在一起，达到一种独特的激发态并组合形成碳。科学家估计，稳定的碳原子只会导致万分之四的三个氦-4同位素结合。过去人们认为，形成碳的“triple-alpha”过程只会在行星内部发生，但是俄亥俄大学的新的粒子加速器，在中子的帮助下更高效地合成元素，可以测试不同的场景，而这些场景往往只在行星爆炸和碰撞时发生。
我们如今对于“triple-alpha”过程的理解主要来自天文学家Fred Hoyle在1954年做出的著名的预测：碳-12的一种特殊激发态必须要在合成的时候形成。随后，科学家观测到了这个被命名为Hoyle态的激发态，确认了在形成这个激发态之后，碳会发射出伽马射线并退激发到基态，或者说到稳定态。
科学家们长时间以来都质疑，可能由其他粒子在退激发的过程中起了作用，特别是中子，因为它不带电荷并且可以穿透原子核并带走能量。然而，测量中子的能量十分困难。数年以前，圣路易斯华盛顿大学的物理学家Lee Sobotka决定进行实验来验证这个想法。他阅读了一篇Physics Review Letters的论文，这篇论文预测中子可以将“triple-alpha”过程提高一百倍的效率。并且认为时间投影室（TPC）方法可能是实现这一工作的有效工具，这一工具的使用在核物理领域相对较新。
完整的实验于三月十号在俄亥俄大学爱德华兹加速实验室开展。这个实验的特点是使用了一种被称为Texas Active Target或TexAT的TPC型探测器，它由Sobotka的德州农工大学的合作者发明。这个探测器看起来像一个有前窗的微波炉，它被安装在一个长30米宽2米的地下隧道的近端，这个隧道最初被设计用来做中子测量的。一个50年的，大小有校车那么大的粒子加速器制造出一股中子射线，射入探测器中轰击二氧化碳气体样品。“我们在这里探测原本“triple-alpha”过程的逆过程的横截面，或者说几率，”Sobotka说。因为Hoyle态只可以存在于眨眼之间，这基本不可能直接测量到它。而在逆反应中，中子会轰击碳的原子核，将他们激发到Hoyle态，产生alpha粒子然后以较低的能量逃逸。“这个测量反应概率的方法非常聪明，Hoyle态在于中子碰撞中退激发，我们可以做反向测量来得到这个概率，”英格兰伯明翰大学的Martin Freer说。
“triple-alpha”原理图
德州农工大学的TexAT课题组的负责人Grigory Rogachev教授说，做这样的反向测量是合理的，因为在反向概率和原始概率之间存在的统计关系。他还说，TexAT小组中的科学家们花了六年时间发展相关技术，使得能够在探测器中给带电粒子“拍照片”。在这个实验中，当alpha粒子往各个方向击飞散射时，它们将空气离子化并使得这条路径上的电子成为自由电子。这些电子反过来受到探测器中的电场控制，向上漂移到顶端的探测面板上，在这可以立刻得到他们的空间位置。根据这个信息再结合他们运动的时间，科学家们很容易就可以将alpha粒子的三维运动轨迹可视化重构出来。
丹麦奥尔胡斯大学的Hans Fynbo说，在能量相对于测量来说比较低的时候，确认所谓的Hoyle态的alpha退化过程是一件非常困难的事情。他还说，TexAT课题组的创新在于，探测器不仅是探测器，也是靶，这在实验核物理中是一个相对较新的概念。
实验的第一天，每秒大约有5000个中子冲进了探测器。然而只有一百万分之一的发生了triple-alpha的逆过程。绝大多数的中子只是直直地穿过探测器到达隧道的深处，并进入到加速实验室所在的山坡中去。
研究者每五分钟收集一次实验数据，结果相当成功。实验本预计进行两周，但是由于冠状病毒的爆发学校进行了疏散，课题组不得不在一个星期之后就放弃了测量。研究者计划尽快返回，收集数据并分析结果。Fynbo说，如果结果证明预言的100倍的增强因子是正确的，“那这将会是一件非常有意义的事。”
一旦得到了数据，Sobokta说下一步就会邀请天文物理学家参与讨论，来解释这样一个中子诱导的碳形成所需要的星体的环境。这个图像可能会与星体中安静燃烧的过程完全不一样。Freer说，这或许会是“一个超新星或者中子星产生”的过程，因为在这时候不仅是粒子的密度足够高，中子的密度也更大。他强调到，然而在这样的过程中产生的碳可能不会使宇宙中的碳的总量有明显的增加，因为这些碳可能在这些星体爆炸过程中作为原材料合成更中的元素。也就说，这些碳原子可能用于制造元素周期表中其他元素了，
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