Det internationella samarbetet n_TOF, i vilken en grupp forskare vid University of Sevilla deltog, har utnyttjat den unika kapaciteten hos tre av världens kärntekniska anläggningar för att genomföra ett nytt experiment som syftar till att hitta en förklaring till det kosmologiska litiumproblemet. Detta problem är bland de fortfarande olösta frågorna i den nuvarande standardbeskrivningen av Big Bang. De nya experimentella resultaten, deras teoretiska tolkningar och deras konsekvenser har publicerats i Fysiska granskningsbrev .

Kärnreaktioner som är ansvariga för skapandet och förstörelsen av atomkärnor under Big Bang är avgörande för att bestämma det ursprungliga överflödet av litium, det tredje (och sista) kemiska elementet som bildades under den mycket tidiga fasen av universums skapande. Standardmodellerna för Big Bang förutspår ett överflöd av Li ⁷ , den viktigaste litiumisotopen, tre eller fyra gånger mer än vad som faktiskt observerats. Nyligen, vid anläggningen n_TOF på CERN, forskare undersökte möjligheten av en neutronkanal som kan öka destruktionshastigheten för isotopen Be7, föregångaren till Li7, och därför göra det beräknade och observerade kosmologiska överflödet av litium kompatibelt.

"Potentiellt, en neutronreaktionskanal kan lösa det kosmologiska litiumproblemet, vilket är en av de fortfarande olösta aspekterna av den nuvarande standardbeskrivningen av Big Bang, "säger professor José Manuel Quesada vid universitetet i Sevilla.

Vid SINQ -anläggningen vid PSI (Villigen Schweiz) separerades det "oklippta" materialet för användning i det nya experimentet. Materialet skickades sedan till ISOLDE radioaktiva strålanläggning vid CERN för att producera ett rent mål med mindre än 0,1 milligram Be7, som sedan skickades till n_TOF -anläggningen för att ingå i neutronmätningar.

Detta är första gången som de två CERN -anläggningarna för kärnfysiska experiment har utfört ett experiment tillsammans, med hjälp av den ISOLDE radioaktiva jonstrålen för att producera målet som är nödvändigt för ett experiment på n_TOF med hjälp av neutron-time-of-flight-tekniken.

I ett tidigare experiment på n_TOF, den effektiva delen av ⁷ Var (n, a) ⁴ Reaktionen mättes i ett brett spektrum av energier, vilket möjliggjorde införande av strikta restriktioner för en av destruktionsmekanismerna för isotop Be ₇ under Big Bang. I detta experiment, dock, Reaktionen ⁷ Var (n, p) ⁷ Li mättes, utvidga tidigare förvärvade data till ett större antal energier, möjliggör uppdatering av reaktionshastigheten som används vid beräkningarna i standardmodellen för Big Bang.

"Även om de nya data som erhållits från experimenten vid n_TOF möjliggör upprättandet av en mycket fastare grund för BBN -beräkningar, slutsatsen av detta projekt är att neutronkanaler inte räcker för att lösa det kosmologiska litiumproblemet. Det vetenskapliga samfundet har en utmaning som kommer att kräva ytterligare ansträngningar för att lösa, och detta kommer att omfatta områdena kärn astrofysik, astronomiska observationer, icke-standardiserad kosmologi och till och med ny fysik utöver standardmodellen för partikelfysik, "skriver forskarna.