Det finns en betydande diskrepans mellan den teoretiska och observerade mängden litium i vårt universum. Detta problem är känt som det kosmologiska litiumproblemet och har förföljt kosmologer i decennier. Forskare har nu minskat denna avvikelse med cirka 10 % tack vare ett nytt experiment på de nukleära processer som är ansvariga för att skapa litium. Denna forskning kan visa vägen till en mer fullständig förståelse av det tidiga universum.
Det finns ett välkänt talesätt som säger att "i teorin är teori och praktik ett och samma. I praktiken är det inte så." Detta gäller inom alla akademiska områden, men det gäller särskilt inom kosmologin, studiet av hela universum, där det vi tror att vi borde se och det vi faktiskt ser inte alltid stämmer överens. Detta beror till stor del på att många kosmologiska fenomen är svåra att studera på grund av otillgänglighet. Kosmologiska fenomen är vanligtvis otillgängliga för oss på grund av de stora avstånden som är involverade, eller inträffade ofta innan den mänskliga hjärnan ens hade utvecklats för att bry sig om dem i första hand – som i fallet med Big Bang.
Projektdocent Seiya Hayakawa och lektor Hidetoshi Yamaguchi vid University of Tokyos Center for Nuclear Research och deras internationella team är särskilt intresserade av ett område av kosmologi där teori och observation skiljer sig starkt, nämligen K.osmologiska problem med litium (KLP). Teorin förutspår att ögonblicken efter Big Bang, som skapade all materia i kosmos, borde litiumhalten vara ungefär tre gånger större än vad vi faktiskt observerar.
"För 13,7 miljarder år sedan, när materia smälte samman från Big Bangs energi, bildades de vanliga lätta elementen vi alla känner - väte, helium, litium och beryllium - i en process som vi kallar Big Bang nukleosyntes (BBN), sade Hayakawa. "Men BBN är inte en direkt kedja av händelser där en sak förvandlas till en annan. I själva verket är det ett komplext nätverk av processer där en blandning av protoner och neutroner skapar atomkärnor, och några av dem sönderfaller till andra kärnor. Till exempel är innehållet i en form av litium eller isotop - litium-7 - främst resultatet av produktionen och sönderfallet av beryllium-7. Men det var antingen överskattat teoretiskt, eller underskattat i verkligheten, eller en kombination av dessa två faktorer. Det här måste lösas för att verkligen förstå vad som hände då."
Litium-7 är den vanligaste litiumisotopen och står för 92,5 % av alla observerade isotoper. Men även om accepterade BBN-modeller förutsäger de relativa mängderna av alla element som är involverade i BBN med anmärkningsvärd noggrannhet, är den förväntade mängden litium-7 ungefär tre gånger större än den som faktiskt observerats. Detta innebär att det finns en lucka i vår kunskap om bildandet av det tidiga universum. Det finns flera teoretiska och observationsmetoder som syftar till att lösa detta problem, men Hayakawa och hans team modellerade förhållandena under BBN med hjälp av partikelstrålar, detektorer och en observationsmetod känd som trojansk häst.
"Vi studerade noggrant en av BBN-reaktionerna, när beryllium-7 och en neutron sönderfaller till litium-7 och en proton. De erhållna litium-7-nivåerna var något lägre än förväntat, cirka 10%, sa Hayakawa. – Den här reaktionen är mycket svår att observera, eftersom beryllium-7 och neutroner är instabila. Så vi använde en deuteron, en vätekärna med en extra neutron, som ett kärl för att föra neutronen in i beryllium-7-strålen utan att störa den. Detta är en unik teknik utvecklad av en italiensk grupp som vi samarbetar med, där deuteronet är som den trojanska hästen i den grekiska myten, och neutronen är en soldat som tar sig in i den ointagliga staden Troja utan att störa vakten ( utan att destabilisera provet). Tack vare det nya experimentella resultatet kan vi erbjuda framtida teoretiska forskare en något mindre svår uppgift när de försöker lösa CLP."
Läs också:
översättningen är något skitsnack