Воспроизведение условий Большого Взрыва подтвердило существование литиевой проблемы

В области астрофизики существует одна из загадок, которая не разрешена и по сей день. Количество лития, которое присутствует в звездах доступной нам части Вселенной значительно ниже расчетного количества этого элемента, которое должно было образовался в момент Большого Взрыва. Тем не менее, теоретические расчеты, произведенные учеными в предыдущие времена, верны, и подтверждением этому являются результаты экспериментов, проведенных в одной из подземных физических лабораторий, расположенных под горой Gran Sasso, Италия. В этих экспериментах международная группа ученых, костяк которой составляли ученые из научного центра Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), воспроизвели условия, которые существовали в момент Большого Взрыва и определили количество образовавшегося при этом лития.
Литий, вместе с водородом и гелием, является одним из трех химических элементов, которые сформировались при помощи процесса первичного нуклеосинтеза в самой ранней Вселенной, в которой еще даже не шли процессы формирования первых звезд. Это значит, что когда Вселенной было всего несколько минут «от роду», свободные нейтроны и протоны под воздействием условий окружающей среды начали массово сливаться, образуя ядра вышеперечисленных элементов. Именно этот момент был воспроизведен в лаборатории Laboratory for Underground Nuclear Astrophysics (LUNA) и в недрах использовавшегося ускорителя частиц были зарегистрированы интенсивные процессы нуклеосинтеза, в том числе и ядер лития.
В ускорителе луч ядер гелия, разогнанных до высокой энергии, был нацелен на мишень, содержащую тяжелый водород, дейтерий. При столкновениях ядер гелия с ядрами дейтерия высвобождались энергии, сопоставимые по уровню с энергией Большого Взрыва, которые раскалывали сталкивающиеся частицы на свободные нейтроны и протоны. Эти нейтроны и протоны сливались снова, образуя три первых элемента периодической системы, и количество образовавшегося лития совпало с теоретическими расчетными данными, кардинально отличающимися от концентрации лития, наблюдаемой в окружающей Вселенной.
«Впервые в истории науки мы получили возможность изучить процессы формирования лития-6 и лития-7 при условиях, практически совпадающих с условиями во время Большого Взрыва» — рассказывает Даниэль Беммерер (Daniel Bemmerer), — «Литий-6, ядро которого содержит три нейтрона и три протона, является одним из двух стабильных изотопов этого элемента. Литий-7, имеющий в своем ядре дополнительный нейтрон, также образовывался во время Большого Взрыва, но в гораздо меньших количествах, нежели литий-6».
Полученные учеными результаты экспериментов служат подтверждением факту существования «литиевой проблемы», ведь, согласно этим результатам, теория первичного нуклеосинтеза остается верной. С другой точки зрения, множество астрономических наблюдений за самыми старыми звездами, показывают, что количество лития-7 в этих звездах ровно в два раза ниже расчетных значений. Вместе с этим, количество лития-6 в этих звездах превышает расчетные значения. «Необычные значения концентраций двух изотопов лития, наблюдаемые астрономами, не могли образоваться в результате процесса первичного нуклеосинтеза» — рассказывает Беммерер, — «Этому факту должно быть какое-то другое объяснение».
Дополнительные исследования в этом направлении будут проведены чуть позже, когда будет произведен запуск новой лаборатории Felsenkeller, которая создается совместными усилиями Технического университета Дрездена и центра HZDR. Ускоритель этой лаборатории будет иметь в 12 раз большую мощность, нежели ускоритель LUNA, и это даст ученым возможность исследовать процессы первичного нуклеосинтеза еще глубже.