這樣，自然界中存在的所有元素便有了合理的解釋 。但對于科學(xué)家們來說，他們只獲得了大致的圖景，這其中還有許多科學(xué)問題人類知之甚少，比如：s-和i-過程的中子是從哪來的？
中子的來源
在宇宙的“點(diǎn)石成金”過程中，中子就像驅(qū)動這個過程的魔法炮彈 。沒有中子，談什么“中子俘獲”過程呢！可中子，又是從哪來的呢？
1954年，Cameron和Greenstein提出，s-過程主要的中子來源之一是恒星中的13C(α,n)16O反應(yīng)（另外一個重要來源是22Ne(α,n)25Mg反應(yīng)） 。這個反應(yīng)式表示的意思是：一個碳-13原子核吸收一個α粒子（氦-4原子核），放出一個中子（n），形成氧-16原子核 。
這個反應(yīng)主要發(fā)生在漸進(jìn)紅巨星分支（AGB星，五十億年后的太陽將變成這種星體）中 。這里既有充足的碳-13和α粒子，也有合適的溫度(9千萬度以上)讓它們發(fā)生反應(yīng)釋放中子，也是s-過程發(fā)生的主要場所 。最近的天體模型研究表明，在古老恒星中，13C(α,n)16O反應(yīng)可以在更高的溫度燃燒，為i-過程提供所需的中子 。
圖13C(α,n)16O反應(yīng)主要發(fā)生在AGB星中的氫與氦的燃燒殼層之間，這里的溫度大約為9千萬度 。圖|高丙水
地面實驗的局限性
為了更加深入地研究s-和i-過程，科學(xué)家還需要知道13C(α,n)16O反應(yīng)的反應(yīng)速率究竟有多快，因為這直接決定了中子俘獲過程的中子產(chǎn)額和通量，從而決定了可以合成出多少“金子” 。
而要想精確計算恒星中的核反應(yīng)速率，必須找準(zhǔn)特定的能量區(qū)域——“伽莫夫窗口” 。s-和i-過程中，發(fā)生13C(α,n)16O反應(yīng)的伽莫夫窗口分別位于0.19和0.35MeV附近的能量區(qū)域 。
可是，位于伽莫夫窗口的反應(yīng)截面極低 。以s-過程為例，如果用2萬億億個α粒子轟擊碳-13同位素，才有1個反應(yīng)發(fā)生 。這簡直是魔鬼窗口！
因此，長期以來，對該反應(yīng)截面的直接測量是核天體物理領(lǐng)域的一大疑難問題，被列為該領(lǐng)域的重要研究目標(biāo)之一 。自上世紀(jì)五六十年代起，科學(xué)家們對這個反應(yīng)進(jìn)行了大量的實驗測量，已在高能區(qū)（0.3MeV以上）積累了寶貴的實驗數(shù)據(jù) 。然而，由于地面測量無法繼續(xù)推進(jìn)到伽莫夫窗口，導(dǎo)致不同測量結(jié)果之間存在數(shù)倍的分歧，誤差極大，完全不能滿足天體模型計算對該反應(yīng)速率的精度要求 。
在20世紀(jì)80年代，比利時年輕的理論家Descouvemont指出，伽莫夫窗口的反應(yīng)截面被一個非常低能的共振所主宰，只有把測量推進(jìn)到0.3MeV以下能區(qū)，才能真正看到這個重要成分的存在 。這可給核物理實驗學(xué)家出了一個大難題 。中國原子能科學(xué)研究院等多個團(tuán)隊先后嘗試使用了一些間接方法來確定這個成分的貢獻(xiàn)，但是他們得到的結(jié)論仍存在較大分歧 。
圖地面實驗測量結(jié)果無法推進(jìn)到伽莫夫窗口，誤差大且有分歧 。數(shù)據(jù)源|取自文獻(xiàn)[3-6]）
征服伽莫夫能區(qū)
如何在伽莫夫能區(qū)實現(xiàn)精確測量呢？擺在科學(xué)家面前最大的挑戰(zhàn)來自于宇宙射線造成的本底干擾 。無孔不入的宇宙射線會在探測裝置上產(chǎn)生大量中子，使本就稀有的核反應(yīng)事例被淹沒在如汪洋大海般的本底中 。
為了屏蔽宇宙射線，開展深地實驗研究已成為必然趨勢 。宇宙射線在穿透山體時會損失一部分粒子，只要山頭足夠高，屏蔽宇宙射線不是問題！
2021年，意大利科學(xué)家（LUNA合作組）利用1400米厚的山體巖石屏蔽宇宙射線，率先突破地面實驗中的0.3MeV能量下限，這無疑是13C(α,n)16O反應(yīng)截面測量中一個里程碑式的巨大進(jìn)步 。但是他們的加速器只能覆蓋0.23-0.3MeV的狹窄能區(qū)，仍然無法解決現(xiàn)有數(shù)據(jù)的分歧 。
從2015年開始，JUNA合作組同樣把目標(biāo)瞄準(zhǔn)了這一反應(yīng) 。
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