Het internationale samenwerkingsverband n_TOF, waaraan een groep onderzoekers van de Universiteit van Sevilla deelnamen, heeft gebruik gemaakt van de unieke capaciteiten van drie van 's werelds nucleaire faciliteiten om een ​​nieuw experiment uit te voeren om een ​​verklaring te vinden voor het kosmologische lithiumprobleem. Dit probleem is een van de nog steeds onopgeloste vragen van de huidige standaardbeschrijving van de oerknal. De nieuwe experimentele resultaten, hun theoretische interpretaties en hun implicaties zijn gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven .

Kernreacties die verantwoordelijk zijn voor het ontstaan ​​en de vernietiging van atoomkernen tijdens de oerknal zijn cruciaal bij het bepalen van de oorspronkelijke overvloed aan lithium, het derde (en laatste) chemische element gevormd tijdens de zeer vroege fase van de schepping van het universum. De standaardmodellen van de oerknal voorspellen een overvloed aan Li ⁷ , de belangrijkste lithiumisotoop, drie of vier keer meer dan in werkelijkheid is waargenomen. Onlangs, bij de n_TOF-faciliteit bij CERN, onderzoekers onderzochten de mogelijkheid van een neutronenkanaal dat de vernietigingssnelheid van de isotoop Be7 zou kunnen verhogen, de voorloper van Li7, en maken daarom de berekende en waargenomen kosmologische overvloed aan lithium compatibel.

"Mogelijk, een neutronenreactiekanaal zou het kosmologische lithiumprobleem kunnen oplossen, wat een van de nog onopgeloste aspecten is van de huidige standaardbeschrijving van de oerknal, ", zegt professor José Manuel Quesada van de Universiteit van Sevilla.

In de SINQ-faciliteit in PSI (Villigen Zwitserland) werd het "ongesneden" materiaal voor gebruik in het nieuwe experiment gescheiden. Het materiaal werd vervolgens naar de ISOLDE radioactieve bundelfaciliteit op CERN gestuurd om een ​​zuiver doelwit te produceren met minder dan 0,1 milligram Be7, die vervolgens naar de n_TOF-faciliteit werd gestuurd om te worden opgenomen in neutronenmetingen.

Dit is de eerste keer dat de twee CERN-faciliteiten voor kernfysische experimenten samen een experiment hebben uitgevoerd, met behulp van de ISOLDE radioactieve ionenstraal om het doel te produceren dat nodig is voor een experiment op n_TOF met behulp van de neutronen time-of-flight-techniek.

In een eerder experiment bij n_TOF, het effectieve gedeelte van de ⁷ ben(n, een) ⁴ De reactie werd gemeten in een breed scala van energieën, die het mogelijk maakte om strikte beperkingen op te leggen aan een van de vernietigingsmechanismen van isotoop Be ₇ tijdens de oerknal. In dit experiment, echter, de reactie ⁷ ben(n, P) ⁷ Li werd gemeten, het uitbreiden van eerder verkregen gegevens naar een groter bereik van energieën, waardoor het bijwerken van de reactiesnelheid die wordt gebruikt in de berekeningen in het standaardmodel van de oerknal mogelijk is.

"Hoewel de nieuwe gegevens die zijn verkregen uit de experimenten bij n_TOF een veel stevigere basis voor BBN-berekeningen mogelijk maken, de conclusie van dit project is dat neutronenkanalen niet voldoende zijn om het kosmologische lithiumprobleem op te lossen. De wetenschappelijke gemeenschap staat voor een uitdaging waarvoor extra inspanningen nodig zijn om een ​​oplossing te vinden, en dit zal betrekking hebben op de gebieden van nucleaire astrofysica, astronomische waarnemingen, niet-standaard kosmologie en zelfs nieuwe fysica voorbij het standaardmodel van deeltjesfysica, ', schrijven de onderzoekers.