地下实验揭晓锂元素的“身世之谜”

在宇宙大爆炸的实验物理条件下，德国科学家证实了锂元素起源的假说。在天体物理学的领域有一个未完全解答的棘手问题，物理学家称之为锂元素起源的谜题，根据现有的科学理论预测，在宇宙大爆炸的条件下，极早期宇宙产生了一定数量的锂元素，然而，锂元素预测的数量与对恒星实际的观测数量不符，科学家对此感到困惑不解，理论预测和实际观测的数量至少有一个是错误的，现在，德国科学家解答了理元素的“身世之谜”，理论的预测和计算结果是正确的，他们在意大利格兰萨索山区的地下实验室进行了实验研究，第一次用物理实验方法解答了锂元素的谜题。

位于德累斯顿—罗森多夫的赫尔姆霍兹研究中心（HZDR）的科学家组成了一支国际化的科学团队，他们确定了宇宙学研究的主题：极早期的宇宙制造了多少锂元素。科学团队的实验成果发表在新一期的《物理评论通讯》杂志。在天体物理学的研究领域，锂、氢和氦是三个特殊的元素，它们是在宇宙的第一颗恒星诞生之前产生的，换言之，锂、氢和氦元素不是在恒星内部发生的核合成产物，它们产生于极早期的宇宙大爆炸。按照宇宙学标准模型的解释，三种特别的元素是在宇宙极早期的大爆炸原初核合成中产生的，宇宙的年龄在三个元素创生时只有几分钟，极早期宇宙好像一个“宇宙蛋”。

质子和中子在合并过程中产生了三个特殊的元素，在德国原子核天体物理学的地下实验室（LUNA），国际科学团队使用核合成的方法制造了锂元素，他们在实验条件下再现了锂元素诞生时“凤凰涅槃”的场景。去年，在德累斯顿工业大学获得博士学位的迈克尔·安德斯是项目团队的主要成员，科研项目得到了德国研究基金的资助，赫尔姆霍兹中心（HZDR）的丹尼尔·本默拉博士担任项目团队的负责人。在意大利格兰萨索山区的地下实验室，科学团队的研究人员使用氦原子核轰击重氢（氘）原子核，尽可能实现类似于宇宙大爆炸的最大能量，从实验中获取了锂元素数量的数据，实验结果再次证实了宇宙大爆炸理论。

然而，理论预测和实际观测的数值有差异，研究人员初步判断，实际的宇宙观测有偏差，发现偏差的原因至关重要，丹尼尔·本默拉解释说，科学家第一次在实验室的环境模拟了宇宙大爆炸的能量强度，从中发现了元素锂—6，由三个中子和三个质子组成，它是最稳定的锂元素的同位素之一。锂—7比锂—6多了一个中子，2006年，科学家证实了锂—7，在LUNA机构任职的丹尼尔·本默拉研究了同位素锂—7。一系列的研究成果可能破解锂元素的存在谜题，实验成果证实了天体物理学概念的原初核合成理论，她们终于找到了迷失或“失联”的元素锂—6。

天文学家在多次的观测结果中发现，最古老的银河系仅包含了比理论预测数值低一半的锂元素物质。对元素锂—7含量的测定十分清晰地表示，在被观测恒星得内部含有更多的锂—6，根据LUNA机构发布的实验数据，很有必要对恒星的锂元素含量重新检测。未来的观测结果可能发现不同寻常的、高集中度的锂元素。科学家分享了最新的研究成果，有助于化解人们对宇宙大爆炸原初核合成理论的诸多疑问。科学团队制定了下一阶段的实验计划，位于德国德累斯顿的地下实验室将会投入使用。

国际科学团队使用了位于意大利格兰萨索山区的实验室（LUNA），它的地理位置十分特殊，1400米厚的坚硬岩石构成了防护层，厚实坚固的防护层排除了宇宙射线对实验仪器的辐射干扰，实验仪器裹上了一层很厚的铅材料层，铅隔离层的功能是确保了原子核产生极其稀少的相互作用。科学团队计划在明年运行位于德累斯顿的实验加速器，实验仪器同样有坚硬岩石层的保护，避免了自然辐射的影响。之前的实验室位于一个地下酒窖，埋藏的深度仅为45米。新加速器的强度提高了12倍，在更高能级上扩大了实验的范围。国际科学团队对元素合成实验抱有乐观和必得的信念。

（编译：2014-9-4）