Er is een significante discrepantie tussen theoretische en waargenomen hoeveelheden lithium in ons universum. Dit staat bekend als het kosmologische lithiumprobleem, en het heeft kosmologen al tientallen jaren geplaagd. Nutsvoorzieningen, onderzoekers hebben deze discrepantie met ongeveer 10% verminderd, dankzij een nieuw experiment over de nucleaire processen die verantwoordelijk zijn voor de aanmaak van lithium. Dit onderzoek zou de weg kunnen wijzen naar een vollediger begrip van het vroege heelal.

Er is een bekend gezegde dat "in theorie, theorie en praktijk zijn hetzelfde. In praktijk, dat zijn ze niet." Dit geldt in elk academisch domein, maar het komt vooral veel voor in de kosmologie, de studie van het hele universum, waar wat we denken te moeten zien en wat we echt zien niet altijd overeenkomt. Dit komt grotendeels omdat veel kosmologische verschijnselen moeilijk te bestuderen zijn vanwege ontoegankelijkheid. Kosmologische verschijnselen zijn meestal buiten ons bereik vanwege de extreme afstanden die ermee gemoeid zijn, of vaak hebben ze plaatsgevonden voordat het menselijk brein zelfs maar was geëvolueerd om zich er überhaupt zorgen over te maken - dat is het geval met de oerknal.

Projectassistent-professor Seiya Hayakawa en docent Hidetoshi Yamaguchi van het Center for Nuclear Study aan de Universiteit van Tokio, en hun internationale team zijn vooral geïnteresseerd in een gebied van de kosmologie waar theorie en observatie zeer slecht op elkaar zijn afgestemd, en dat is het probleem van het ontbrekende lithium, het kosmologisch lithiumprobleem (CLP). In een notendop, theorie voorspelt dat in de minuten na de oerknal die alle materie in de kosmos creëerde, er zou een overvloed aan lithium moeten zijn die ongeveer drie keer groter is dan wat we feitelijk waarnemen. Maar Hayakawa en zijn team waren verantwoordelijk voor een deel van deze discrepantie en hebben zo de weg vrijgemaakt voor onderzoek dat het op een dag helemaal kan oplossen.

"13,7 miljard jaar geleden, terwijl materie samenvloeide uit de energie van de oerknal, gemeenschappelijke lichtelementen die we allemaal herkennen:waterstof, helium, lithium en beryllium - gevormd in een proces dat we Big Bang-nucleosynthese (BBN) noemen, "zei Hayakawa. "Echter, BBN is geen rechttoe rechtaan keten van gebeurtenissen waarbij het ene achtereenvolgens het andere wordt; het is eigenlijk een complex web van processen waar een wirwar van protonen en neutronen atoomkernen opbouwt, en sommige van deze vervallen in andere kernen. Bijvoorbeeld, de overvloed van één vorm van lithium, of isotoop - lithium-7 - is meestal het gevolg van de productie en het verval van beryllium-7. Maar het is ofwel in theorie overschat, in werkelijkheid onderbelicht, of een combinatie van beide. Dit moet worden opgelost om echt te begrijpen wat er toen gebeurde."

Lithium-7 is de meest voorkomende isotoop van lithium, goed voor 92,5% van alle waargenomen. Echter, ook al voorspellen de geaccepteerde modellen van BBN de relatieve hoeveelheden van alle elementen die betrokken zijn bij BBN met extreme nauwkeurigheid, de verwachte hoeveelheid lithium-7 is ongeveer drie keer groter dan wat daadwerkelijk wordt waargenomen. Dit betekent dat er een hiaat is in onze kennis over de vorming van het vroege heelal. Er zijn verschillende theoretische en observationele benaderingen die tot doel hebben dit op te lossen, maar Hayakawa en zijn team simuleerden de omstandigheden tijdens BBN met behulp van deeltjesbundels, detectoren en een observatiemethode die bekend staat als het paard van Troje.

"We hebben meer dan ooit tevoren een van de BBN-reacties onder de loep genomen, waar beryllium-7 en een neutron vervallen in lithium-7 en een proton. De resulterende niveaus van lithium-7-abundantie waren iets lager dan verwacht, ongeveer 10% lager, " zei Hayakawa. "Dit is een zeer moeilijke reactie om waar te nemen, aangezien beryllium-7 en neutronen onstabiel zijn. Dus gebruikten we deuteron, een waterstofkern met een extra neutron, als een vaartuig om een ​​neutron in een beryllium-7-straal te smokkelen zonder deze te verstoren. Dit is een unieke techniek, ontwikkeld door een Italiaanse groep waarmee we samenwerken, waarin deuteron is als het paard van Troje in de Griekse mythe, en de neutron is de soldaat die de onneembare stad Troje binnensluipt zonder de bewakers te tippen (het monster destabiliseren). Dankzij het nieuwe experimentele resultaat, we kunnen toekomstige theoretische onderzoekers een iets minder ontmoedigende taak bieden bij het oplossen van de CLP."