Under de senaste decennierna, forskare har brottats med ett problem med Big Bang Theory. The Big Bang Theory föreslår att det borde finnas tre gånger så mycket litium som vi kan observera. Varför finns det en sådan diskrepans mellan förutsägelse och observation?

För att komma in i det problemet, låt oss backa lite.

Big Bang Theory (BBT) stöds väl av flera bevis och teorier. Det är allmänt accepterat som förklaringen till hur universum började. Tre viktiga bevis stöder BBT:

• observationer av den kosmiska mikrovågsbakgrunden
• vår växande förståelse för universums storskaliga struktur
• grov överensstämmelse mellan beräkningar och observationer av överflödet av ursprungliga ljuskärnor (Försök INTE säga detta tre gånger i snabb följd!)

Men BBT har fortfarande några knasiga frågor.

Det saknade litiumproblemet är centrerat kring de tidigaste stadierna i universum:från cirka 10 sekunder till 20 minuter efter Big Bang. Universum var superhett och det expanderade snabbt. Detta var början på det som kallas Photon Epoch.

Vid den tiden, atomkärnor bildade genom nukleosyntes. Men den extrema värmen som dominerade universum hindrade kärnorna från att kombineras med elektroner för att bilda atomer. Universum var ett plasma av kärnor, elektroner, och fotoner.

Endast de lättaste kärnorna bildades under denna tid, inklusive det mesta av helium i universum, och små mängder andra lätta nuklider, som deuterium och vår vän litium. För det mesta, tyngre grundämnen bildades inte förrän stjärnor dök upp, och tog rollen som nukleosyntes.

Problemet är att vår förståelse av Big Bang säger oss att det borde finnas tre gånger så mycket litium som det finns. BBT får det rätt när det gäller andra urkärnor. Våra observationer av urhelium och deuterium matchar BBT:s förutsägelser. Än så länge, forskare har inte kunnat lösa denna inkonsekvens.

Men en ny artikel från forskare i Kina kan ha löst pusslet.

Ett antagande i Big Bang nukleosyntes är att alla kärnor är i termodynamisk jämvikt, och att deras hastigheter överensstämmer med vad som kallas den klassiska Maxwell-Boltzmann-fördelningen. Men Maxwell-Boltzmann beskriver vad som händer i vad som kallas en idealgas. Verkliga gaser kan bete sig annorlunda, och detta är vad forskarna föreslår:att kärnor i plasman från universums tidiga fotonperiod uppförde sig något annorlunda än man trodde.

Författarna använde så kallad icke-extensiv statistik för att lösa problemet. I grafen ovan, de streckade linjerna i författarens modell förutsäger ett lägre överflöd av berylliumisotopen. Detta är nyckeln, eftersom beryllium sönderfaller till litium. Det viktiga är också att den resulterande mängden litium, och de andra lättare kärnorna, nu överensstämmer alla med de belopp som förutspåtts av Maxwell-Boltzmann-distributionen. Det är ett eureka -ögonblick för kosmologiälskare.

Vad allt detta betyder är att forskare nu exakt kan förutsäga överflöd i uruniversumet av de tre urkärnorna:helium, deuterium, och litium. Utan någon avvikelse, och utan att sakna litium.

Det är så vetenskapen maler bort problem, och om författarna till tidningen har rätt, sedan bekräftar det Big Bang-teorin ytterligare, och tar oss ett steg närmare att förstå hur vårt universum bildades.