天体环境下快中子俘获过程相关的核物理

在人类历史上,曾经吸引无数哲学家、天文学家思考的一个问题是"我们从哪里来"。现代的科学研究揭示了一个答案:恒星。恒星产生了构成生命的主要元素,如碳、氧、氮、硫等,但是比铁更重的元素,如金、铂、铀等,却无法在恒星内部产生。由于原子核物理实验与天文观测技术的限制,这些重元素的起源仍有许多不确定性。文章主要探讨重元素起源的一个重要合成机制——快中子俘获过程,以及相关的原子核物理观测量,如原子核质量、半衰期、中子俘获截面和裂变等,并回顾最新的实验和理论进展。

宇宙炼金术

快中子俘获过程,这种只存在于理论预言中的宇宙炼金术可以合成一系列宇宙中最重的元素。而在中子星并合的璀璨爆炸中,天文学家终于发现了它确实发生过的证据。

宇宙核时钟不确定度的研究

基于经典快过程理论模型,研究了原子核物理输入量的不确定性对Th/U,Th/Hf,Th/Eu,Th/Os,Th/Ir等核时钟估算宇宙年龄的影响.其中利用蒙特卡罗模拟方法,计算了不同质量模型下由单中子分离能引起的不确定性.结果表明,Th/U核时钟由原子核质量不确定性引起的误差大约为1.66 Ga,比其他核时钟小2 Ga以上.对Th/Eu,Th/Os和Th/Ir核时钟,该误差分别为5.15,3.93和3.95 Ga.由于Th/Hf核时钟受质量模型影响太大,而Th/Os和Th/Ir的计算结果又明显偏大,因此在年龄计算中都需谨慎使用.综合考虑原子核物理输入量和天文观测带来的误差,利用Th/U核时钟估算的宇宙年龄为14.1±3.8 Ga.