宇宙中重元素是如何產生的

GSI的一項實驗模擬了重元素如何捕獲質子

重元素是在恆星爆炸或中子星表面通過捕獲氫原子核(質子)而產生的。這發生在極高的溫度下，但能量相對較低。由歌德大學領導的一個國際研究小組現在成功地調查了GSI Helmholtzzentrum fur Schwerionenforschung儲存環中質子的捕獲情況。

正如科學家們在最新一期的《物理評論快報》(Physical Review Letters)上所報道的，他們的目標是更精確地確定在天體物理場景中質子捕獲的概率。正如GSI原子物理研究部門的Jan Glorius博士解釋的那樣，他們在這項努力中面臨著兩個挑戰:「這些反應最有可能發生在天體物理條件下的能量範圍內，稱為伽莫夫窗口。在這個範圍內，原子核的速度往往比較慢，因此很難達到所需的強度。此外，橫截面——質子俘獲的概率——隨著能量的增加而迅速減小。到目前為止，在實驗室里為這類反應創造合適的條件幾乎是不可能的。」

歌德大學(Goethe University)實驗天體物理學教授雷內?賴法斯(Rene Reifarth)早在10年前就提出了一個解決方案:當重反應夥伴在加速器中與靜止質子氣體相互作用時，可以更精確地達到伽莫夫窗口範圍內的低能量。2015年9月，他與一群海姆霍爾茲早期職業研究人員取得了第一次成功。從那以後，他的團隊得到了尤里·利特維諾夫教授的大力支持。利特維諾夫教授在GSI領導著由歐盟資助的阿斯特拉姆研究項目。

在實驗中，國際團隊首先製造了氙離子。它們在實驗存儲環ESR中減速，並與質子相互作用。這就導致了氙核捕獲質子並轉化為更重的銫的反應——這一過程類似於天體物理場景中發生的過程。

「這個實驗對推進我們對宇宙核合成的理解做出了決定性的貢獻，」Rene Reifarth說。「由於GSI的高性能加速器設施，我們能夠改進為重型反應夥伴減速的實驗技術。我們現在對反應速率發生的區域有了更精確的了解，這在以前只是理論上的預測。這使我們能夠更精確地模擬宇宙中元素的產生。

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