Измерение Большого взрыва подтверждает проблему с литием

Астрофизики упорно изучают «литиевую проблему». По теории Большого взрыва они предсказали, что на самом деле литий не образуется в звездах. Расчеты оказались верны, этот факт в настоящее время впервые подтвердили в экспериментах, проведенных в подземной лаборатории в горах Гран-Сассо в Италии. В рамках международного исследования ученые из Гельмгольц Центрум Дрезден-Россендорф изучали, сколько лития образуется в условиях Большого взрыва. Полученные результаты были опубликованы в журнале «Physical Review Letters».

Литий, наряду с водородом и гелием, является элементом, который был создан до формирования первых звезд. Эти три элемента, согласно теории, уже были образованы ранее через процесс, известный как «первичный нуклеосинтез». Это означает, что когда Вселенной было всего несколько минут от роду, нейтроны и протоны объединились и сформировали ядра этих элементов. В Лаборатории подземной ядерной астрофизики международной командой ученых был воспроизведен нуклеосинтез лития. Майкл Андерс, который в прошлом году получил докторскую степень, взял на себя ведущую роль в исследовании.

В итальянской подземной лаборатории ученые запускали ядра гелия в тяжелый водород (известный как дейтерий), чтобы достичь энергии, подобной той, которая имела место сразу после Большого взрыва. Идея заключалась в том, чтобы определить, сколько лития формируется в условиях, аналогичных начальной стадии формирования Вселенной. В результате эксперимента подтвердились теоретические данные, которые несовместимы с наблюдаемыми концентрациями лития во Вселенной.

«Впервые, в ходе нашего эксперимента, мы могли фактически изучить образование лития-6 как во время Большого Взрыва», — объясняет Даниэль Беммерер. Литий-6 (три нейтрона, три протона) является одним из двух стабильных изотопов элемента. Формирование лития-7, который обладает дополнительным нейтроном, было изучено в 2006 году Беммерером.

Однако новые данные не разрешили «литиевую проблему». С одной стороны, сейчас все лабораторные результаты астрофизиков показывают, что теория первичного нуклеосинтеза верна. С другой стороны, согласно многим наблюдениям астрономов, самые старые звезды нашего Млечного Пути содержит в два раза меньше лития-7, чем прогнозировалось. Сенсационные доклады шведских исследователей, которые обнаружили явно больше лития-6 в таких звездах, также должны быть еще раз проверены.

Дальнейшие исследования в скором времени будет проводиться в новой подземной лаборатории

Для исследований было очень важно специальное расположение лаборатории: 1 400 метров твердой породы горного массива Гран-Сассо над лабораторией защищают от космического излучения. Экспериментальная установка дополнительно покрыта свинцовой оболочкой. Только с таким хорошим экранированием могут быть точно определены редкие взаимодействия между ядрами. В течение следующего года подобное исследование будет также возможно в Дрездене. Дрезденский технический университет и Гельмгольц Центрум Дрезден-Россендорф запустят в эксплуатацию ускорительную лабораторию «Felsenkeller».

Хотя твердая скала лучше экранирует естественную радиацию, подвала этой бывшей пивоварни, находящегося всего в сорока пяти метрах от поверхности земли, уже достаточно для многих измерений. Новая лаборатория также обладает ускорителем частиц, который более чем в двенадцать раз сильнее предыдущего. «Там мы сможем расширить наши эксперименты и изучить формирование элементов в высоких энергетических диапазонах», — говорит Беммерер.