北京時(shí)間10月27日，國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《Nature》（《自然》）發(fā)表我國(guó)錦屏深地核天體物理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目最新研究成果，該成果將關(guān)鍵核天體反應(yīng)19F(p,γ)20Ne的測(cè)量范圍推進(jìn)到世界最低能區(qū)，國(guó)際首次揭示了宇宙最古老恒星中的鈣豐度之謎，進(jìn)一步揭示了古老恒星的演化命運(yùn)，進(jìn)一步證明了我國(guó)已全面具備了進(jìn)行深地核天體物理研究的能力。

對(duì)此，諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者、詹姆斯·韋布太空望遠(yuǎn)鏡首席科學(xué)家約翰·馬瑟來(lái)函表示，“祝賀你們的新測(cè)量，我覺(jué)得它們相當(dāng)重要�！薄蹲匀弧穼徃迦苏J(rèn)為這是一個(gè)巨大的實(shí)驗(yàn)成功，為未來(lái)核天體物理學(xué)研究提供了新途徑，這項(xiàng)研究結(jié)果會(huì)引起核天體物理學(xué)界的強(qiáng)烈興趣。

中核集團(tuán)原子能院研究員柳衛(wèi)平、北京師范大學(xué)教授何建軍和美國(guó)圣母大學(xué)教授麥克·韋瑟為論文通訊作者。該文章也是《自然》雜志發(fā)表的第一篇我國(guó)核物理裝置實(shí)驗(yàn)成果文章。

宇宙中已知最古老的恒星中的鈣豐度起源問(wèn)題，對(duì)于很多科學(xué)家來(lái)說(shuō)至今仍是未解之謎。這些恒星也被稱為第一代星或原初恒星。此前有理論認(rèn)為，恒星中的鈣可能來(lái)源于19F(p,γ)20Ne 突破反應(yīng)，然而該反應(yīng)在天體物理感興趣的伽莫夫能區(qū)尚無(wú)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，繼而導(dǎo)致恒星演化模型難以解釋天文觀測(cè)數(shù)據(jù)。

中國(guó)錦屏地下實(shí)驗(yàn)室為世界最深地下實(shí)驗(yàn)室，宇宙射線通量可降到地面的千萬(wàn)分之一至億分之一，有利于開(kāi)展稀有反應(yīng)事件的精確測(cè)量和研究。特別是中國(guó)錦屏地下實(shí)驗(yàn)室為研究19F(p,γ)20Ne反應(yīng)提供了本底極低的絕佳測(cè)量環(huán)境，能避免宇宙射線本底的干擾，對(duì)該反應(yīng)進(jìn)行直接精確測(cè)量。

我國(guó)錦屏深地核天體物理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目就位于錦屏地下實(shí)驗(yàn)室二期，由中國(guó)原子能科學(xué)研究院牽頭，聯(lián)合中科院近代物理研究所、北京師范大學(xué)、清華大學(xué)、雅礱江流域水電開(kāi)發(fā)有限公司等科研單位于2020年底建成出束。2021年5月28日，習(xí)近平總書記出席兩院院士大會(huì)和中國(guó)科協(xié)第十次全國(guó)代表大會(huì)，在談及“戰(zhàn)略高技術(shù)領(lǐng)域取得新跨越”時(shí)，提到了“世界最強(qiáng)流深地核天體物理加速器成功出束”。2021年12月底，這臺(tái)加速器上產(chǎn)生的首批實(shí)驗(yàn)成果正式發(fā)布，標(biāo)志著我國(guó)核天體物理實(shí)驗(yàn)研究步入國(guó)際先進(jìn)行列，中國(guó)成為世界上第三個(gè)具備開(kāi)展深地核天體物理研究的國(guó)家。

據(jù)原子能專家介紹，我國(guó)錦屏深地核天體物理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)成功研制出目前耐輻照能力最強(qiáng)的19F注入靶，并利用錦屏加速器提供的強(qiáng)流質(zhì)子束，觸碰到了第一代星感興趣的伽莫夫能區(qū)，并發(fā)現(xiàn)了一個(gè)新的共振。此新共振的發(fā)現(xiàn)使得19F(p,γ)20Ne的反應(yīng)率比之前國(guó)際權(quán)威數(shù)據(jù)庫(kù)中的推薦值大了5到7倍，并將反應(yīng)率不確定度從幾個(gè)數(shù)量級(jí)縮小至50%左右，極大地降低了該反應(yīng)率在天體網(wǎng)絡(luò)計(jì)算中所引入的誤差。

與此同時(shí)，該團(tuán)隊(duì)與天體物理學(xué)家合作研究了該反應(yīng)率在第一代星中的影響，計(jì)算表明19F(p,γ)20Ne反應(yīng)突破出去的概率比之前預(yù)想的要大7倍左右，導(dǎo)致生成例如鈣類重物質(zhì)的概率，比之前預(yù)計(jì)的要大很多，從而解釋了最古老恒星中觀測(cè)到的鈣豐度問(wèn)題。值得一提的是，在近期發(fā)射升空的JWST的關(guān)鍵科學(xué)目標(biāo)之一，即是對(duì)宇宙中最古老的第一代星和星系的探測(cè)，目前已經(jīng)觀測(cè)到一批古老的恒星群。因此，本工作為研究JWST未來(lái)的觀測(cè)結(jié)果提供了可靠的核物理輸入量。

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