日前，原子能院核化學所核天體化學創(chuàng)新團隊和圣母學院、中科院近物所、北京民航航天學院、印度技術學院、薩哈核化學所和南京師范學院的同行合作，對核天體化學研究領域最關鍵的“圣杯”反應——12C(α,γ)16O反應舉辦了研究，并取得重要進展。該研究結果被國際數(shù)學學頂尖刊物（《物理評論快報》）接受發(fā)表，文章第一作者為原子能院諶陽平博士，通信作者為原子能院郭冰研究員天體物理知識，圣母學院R.J.院長為論文的共同通信作者（負責實驗結果的R矩陣剖析)。
在星體核合成的眾多核反應中，12C(α,γ)16O無疑是最為關鍵的一個。該反應的快慢不但直接影響星體的演進進程，也是生命起源的種子，被譽為核天體化學研究領域的“圣杯”反應。碳和氧是生物體中最重要的兩種元素天體物理知識，它們的產(chǎn)率比受“圣杯”反應的精準調(diào)控。“圣杯”反應速度的快慢，將影響自然界中碳、氧元素的比列，碳元素一旦嚴重不足，才會影響生命的進化過程。正是由于“圣杯”反應具有對星體演變和生命的調(diào)控作用，所以對它的精確檢測被公覺得是核天體化學最關鍵的科學問題之一。星體演變模型估算對該反應精度的要求是好于10%。但是，目前的各類檢測方式得到的截面偏差還遠遠達不到星體演變模型要求的精度，因而急需探求新實驗技巧，提升該反應的檢測精度。
人體中90%以上的元素都來始于宇宙中無時無刻不在發(fā)生的元素核合成過程
因為16O禁錮態(tài)勢的巨大不確定性，促使國際上16O能級漸進歸一化系數(shù)（ANC）的現(xiàn)有結果存在240倍分歧，造成難以確切給出“圣杯”反應的電四級截面。研究人員基于原子能院串列加速器，自主構建了斷裂效應干擾小的硼核素α轉移反應檢測方式，通過轉移反應角分布的精確檢測和16O禁錮態(tài)勢的有效約束，獲得高精度的ANC數(shù)據(jù)，澄清了國際數(shù)據(jù)間240倍的分歧。新結果使天體化學能量下“圣杯”反應電四級截面比國際最新推薦值降低了55%，總截面降低了16%，這將明顯影響模型預言的同位素產(chǎn)率。如氬核素的產(chǎn)率降低約70%，因而影響我們對大質(zhì)量星體演變的理解。新結果為未來在錦屏深地實驗室舉辦該反應的直接檢測提供了重要參考。可以預期，隨著中國錦屏深地幔天體化學實驗（JUNA）的舉辦，將向“圣杯”反應邁出新的腳步。
12C(α,γ)16O反應電四極成份天體化學S因子
該工作獲得了科技部國家重點研制計劃、國家自然科學基金委重大項目、基金委和中核集團的核技術創(chuàng)新聯(lián)合基金、財政部穩(wěn)定支持研究經(jīng)費等項目的支持。
科普貼士
●核天體化學究竟是研究哪些的？
在廣袤浩淼的宇宙中，星體經(jīng)歷著產(chǎn)生、演化、死亡的平緩過程。這種恒星發(fā)光發(fā)熱的能量來自其內(nèi)部發(fā)生的熱核聚變反應。這不斷發(fā)生的核過程為自然界所有物理元素提供了賴以生存的底泥。核天體化學就是探求這一奇妙過程及其內(nèi)在規(guī)律的學科，它主要運用核化學的知識和規(guī)律，闡明宇宙中各類物理元素及其核素核合成的過程、時間、物理環(huán)境及產(chǎn)率分布和核過程對星體結構及演變進程的影響。
核天體化學是基礎科學研究的前沿領域之一。歐美的核科學長程發(fā)展規(guī)劃中均將核天體化學列為核科學研究的前沿方向之一。我國數(shù)學學長程發(fā)展規(guī)劃上將核天體化學列為重要發(fā)展領域。
文丨核化學所
編輯丨張彬
制做丨李文琪
