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最深地下實驗室,重要成果發(fā)布!

時間:2022-10-28 16:09:34    來源:科技日報    


【資料圖】

◎ 科技日報記者 張蓋倫

我國科研人員依托錦屏深地核天體物理實驗裝置(簡稱JUNA),于2021年直接測量了關(guān)鍵核天體反應(yīng)——氟輻射俘獲質(zhì)子的突破反應(yīng)截面,將測量范圍推進到世界最低能區(qū)并發(fā)現(xiàn)了一個新共振,解釋了宇宙中已知最古老恒星的鈣豐度起源問題。該結(jié)果支持了第一代恒星的弱超新星爆模型,揭示了古老恒星的演化命運。相關(guān)論文于北京時間10月26日刊發(fā)在《自然》期刊上。

中國錦屏地下實驗室二期入口。張蓋倫 攝

2014年科研人員觀測到了一顆K型紅巨星,并在該紅巨星上觀測到鋰、碳、鎂和鈣元素,沒有觀測到鐵元素,稱其為極貧金屬第三星族星。它被視作宇宙中已知最古老恒星,誕生于大爆炸后一億年左右。確切來說,它是第一代恒星超新星爆發(fā)后形成的遺跡。天體理論認為,它的鈣元素可能來源于熱碳氮氧循環(huán)的突破反應(yīng),但尚需數(shù)據(jù)支持。

論文第一通訊作者、北京師范大學(xué)教授何建軍26日告訴科技日報記者,鈣誕生于一些關(guān)鍵性核反應(yīng)。第一代恒星典型溫度環(huán)境下(0.1GK,即1億攝氏度)發(fā)生熱核反應(yīng)的概率極低,直接測量非常困難。中國錦屏地下實驗室為世界最深地下實驗室,宇宙射線通量可降到地面的千萬分之一至億分之一,有利于開展稀有反應(yīng)事件的精確測量和研究。JUNA就位于中國錦屏地下實驗室二期,由中國原子能科學(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)、雅礱江流域水電開發(fā)有限公司等單位于2020年底在深地建成出束。

何建軍和科研團隊經(jīng)過幾年艱苦攻關(guān),研制出目前耐輻照能力最強的氟注入靶。實驗用強流質(zhì)子束轟擊氟靶,探測、分析碰撞后放出的伽馬射線,對該關(guān)鍵核反應(yīng)進行了直接測量。

錦屏加速器提供的強流質(zhì)子束成功將該突破反應(yīng)推進到國際最低的能量點,并在225千電子伏處發(fā)現(xiàn)了一個新的共振。

模型計算表明,該突破反應(yīng)從碳氮氧循環(huán)突破出去的概率比之前預(yù)想的要大7倍左右,驗證了鈣由突破反應(yīng)起源的假說。它也有力支持了第一代恒星的弱超新星爆演化模型,即恒星爆發(fā)后中心生成了黑洞,外層較輕的元素被拋出去,內(nèi)層較重的元素被吸入黑洞,這也解釋了人們沒有觀測到第三星族中鐵元素的原因。

作為首批成果之一,突破反應(yīng)實驗的成功開展證明JUNA全面具備了進行深地核天體物理研究的能力。《自然》審稿人認為這是一個巨大的實驗成功,這為未來的核天體物理學(xué)研究提供了新途徑。

標(biāo)簽: 地下實驗室

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