宇宙大爆炸锂问题

原初大爆炸核合成(big-bang nucleosynthesis, BBN)始于宇宙大爆炸约3 min之后,随着扩张着的宇宙温度和密度的逐渐降低,核反应大约半个小时后熄灭,该过程结束.原初BBN过程的产物大部分是1H和4He,还有少量的2H(即D)、3He和7Li,其他的核素含量微乎其微.这些遗迹为人们研究早期宇宙提供了独一无二的窗口.目前,利用标准BBN理论结合威尔金森微波各向异性探测器(Wilkinson Microwave Anisotropy Probe, WMAP)精确的宇宙重子密度结果,可以对原初轻核的丰度做出严格的预言.其中, D和4He的天文观测结果与理论预言符合得很好,但是BBN+WMAP预言的原初7Li丰度要比观测的高3~4倍.这种在4σ~5σ置信度区间的差异被称为宇宙锂问题.在过去的十几年里,人们做了很多尝试,但是传统的核物理都未能在标准的大爆炸模型框架下解决该疑难问题.本文针对这一悬而未决的问题进行了系统的阐述,重点介绍了核物理科学家们近年来所做出的努力和尝试,总结了相关研究方向的具体目标,为研究者指出了未来可能的研究方向.