Er is een aanzienlijke discrepantie tussen de theoretische en waargenomen hoeveelheid lithium in ons universum. Dit probleem staat bekend als het lithium kosmologische probleem en heeft kosmologen tientallen jaren achtervolgd. De onderzoekers hebben deze discrepantie nu met ongeveer 10% verkleind dankzij een nieuw experiment met de nucleaire processen die verantwoordelijk zijn voor het maken van lithium. Dit onderzoek kan de weg wijzen naar een vollediger begrip van het vroege universum.
Een bekend gezegde luidt: "in theorie zijn theorie en praktijk één en hetzelfde. In de praktijk is dat niet het geval." Dit geldt voor alle wetenschapsgebieden, maar het geldt vooral voor de kosmologie, de studie van het hele universum, waar wat we denken dat we zouden moeten zien en wat we werkelijk zien niet altijd met elkaar overeenkomen. Dit is grotendeels te wijten aan het feit dat veel kosmologische verschijnselen moeilijk te bestuderen zijn vanwege ontoegankelijkheid. Kosmologische fenomenen zijn meestal ontoegankelijk voor ons vanwege de enorme afstanden die ermee gemoeid zijn, of vonden vaak plaats voordat het menselijk brein zelfs maar was geëvolueerd om er überhaupt om te geven - zoals in het geval van de oerknal.
Project Associate Professor Seiya Hayakawa en docent Hidetoshi Yamaguchi van het Centrum voor Nucleair Onderzoek van de Universiteit van Tokio en hun internationale team zijn vooral geïnteresseerd in één gebied van de kosmologie waar theorie en observatie sterk uiteenlopen, namelijk de Kosmologisch probleem van lithium (KLP). De theorie voorspelt dat vlak na de oerknal, die alle materie in de kosmos creëerde, het lithiumgehalte ongeveer drie keer zo hoog zou moeten zijn als wat we daadwerkelijk waarnemen.
"13,7 miljard jaar geleden, toen materie samenvloeide uit de energie van de oerknal, werden de gewone lichtelementen die we allemaal kennen - waterstof, helium, lithium en beryllium - gevormd in een proces dat we Big Bang nucleosynthese (BBN),' zei Hayakawa. "BBN is echter geen directe keten van gebeurtenissen waarin het een in het ander verandert. In feite is het een complex netwerk van processen waarbij een mengsel van protonen en neutronen atoomkernen creëert, waarvan sommige vervallen in andere kernen. Zo is het gehalte van één vorm van lithium of isotoop - lithium-7 - voornamelijk het resultaat van de productie en het verval van beryllium-7. Maar het was theoretisch overschat, of in werkelijkheid onderschat, of een combinatie van deze twee factoren. Dit moet worden opgelost om echt te begrijpen wat er toen gebeurde."
Lithium-7 is de meest voorkomende lithiumisotoop, goed voor 92,5% van alle waargenomen isotopen. Hoewel geaccepteerde BBN-modellen de relatieve hoeveelheden van alle elementen die betrokken zijn bij BBN met opmerkelijke nauwkeurigheid voorspellen, is de verwachte hoeveelheid lithium-7 ongeveer drie keer groter dan de werkelijk waargenomen hoeveelheid. Dit betekent dat er een hiaat is in onze kennis over de vorming van het vroege heelal. Er zijn verschillende theoretische en observationele benaderingen die tot doel hebben dit probleem op te lossen, maar Hayakawa en zijn team hebben de omstandigheden tijdens de BBN gemodelleerd met behulp van deeltjesbundels, detectoren en een observatiemethode die bekend staat als Trojaanse paard.
"We hebben een van de BBN-reacties zorgvuldig bestudeerd, wanneer beryllium-7 en een neutron vervallen in lithium-7 en een proton. De verkregen lithium-7-niveaus waren iets lager dan verwacht, ongeveer 10%, zei Hayakawa. - Deze reactie is erg moeilijk waar te nemen, omdat beryllium-7 en neutronen instabiel zijn. Dus gebruikten we een deuteron, een waterstofkern met een extra neutron, als een vat om het neutron in de beryllium-7-straal te transporteren zonder het te verstoren. Dit is een unieke techniek ontwikkeld door een Italiaanse groep waarmee we samenwerken, waarbij de deuteron is als het paard van Troje in de Griekse mythe, en de neutron een soldaat is die zich een weg baant naar de onneembare stad Troje zonder de bewaker te storen ( zonder het monster te destabiliseren). Dankzij het nieuwe experimentele resultaat kunnen we toekomstige theoretische onderzoekers een iets minder moeilijke taak bieden bij het oplossen van CLP."
Lees ook:
de vertaling is een beetje bullshit