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近日，由原子能院核物理研究所實(shí)驗(yàn)核天體物理創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)開(kāi)展的“關(guān)于核心塌縮型超新星的中微子過(guò)程對(duì)太陽(yáng)系p-過(guò)程核74Se豐度影響的研究”取得重要突破。研究發(fā)現(xiàn)，太陽(yáng)系中的74Se可能來(lái)源于超新星爆發(fā)過(guò)程中的74Ge(νe, e-)74As和74Ge(p, n)74As(砷)反應(yīng)，這為解釋太陽(yáng)系74Se(硒)豐度作出重要貢獻(xiàn)。該研究成果被國(guó)際知名期刊《The Astrophysical Journal》(美國(guó)《天體物理學(xué)雜志》)接收發(fā)表，論文作者為原子能院核物理研究所李志宏研究員和宋娜博士。

宇宙中重元素的起源一直是核天體物理中極為重要的科學(xué)問(wèn)題之一，被美國(guó)《發(fā)現(xiàn)》雜志列為當(dāng)代物理學(xué)的11個(gè)未解之謎之一。通常，大多數(shù)比鐵重的核素可由快中子俘獲過(guò)程或慢中子俘獲過(guò)程來(lái)解釋?zhuān)欢?5個(gè)豐質(zhì)子核卻不能通過(guò)中子俘獲過(guò)程產(chǎn)生，其中對(duì)于最輕的核74Se來(lái)說(shuō)，無(wú)論是模型計(jì)算還是實(shí)驗(yàn)測(cè)量，都無(wú)法合理解釋其在太陽(yáng)系中的豐度。

作為推動(dòng)大質(zhì)量恒星走向死亡的“謝幕儀式”，核心塌縮型超新星爆發(fā)過(guò)程可產(chǎn)生極其強(qiáng)大的中微子沖擊波，這些高通量的中微子在向外噴發(fā)時(shí)會(huì)與恒星外層物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，能改變外層物質(zhì)的元素豐度。而通過(guò)中微子核反應(yīng)74Ge(νe, e-)74As產(chǎn)生的74As，有34%的概率衰變?yōu)?4Se，或許可成為解釋太陽(yáng)系74Se來(lái)源的一種途徑。

2020年10月以來(lái)，在李志宏研究員的指導(dǎo)下，宋娜開(kāi)始研究核心塌縮型超新星的中微子過(guò)程對(duì)74Se豐度的影響。他們分別利用理論和實(shí)驗(yàn)得到的躍遷強(qiáng)度，計(jì)算了中微子核反應(yīng)74Ge(νe, e-)74As的反應(yīng)截面，并結(jié)合核心塌縮型超新星的爆發(fā)機(jī)制，進(jìn)一步得出“中微子核反應(yīng)貢獻(xiàn)的74Se僅占太陽(yáng)系74Se的36%”的計(jì)算結(jié)果。為了解釋所有74Se的來(lái)源，他們發(fā)現(xiàn)中微子沖擊波產(chǎn)生的高溫也能觸發(fā)光核反應(yīng)，并生成大量質(zhì)子，當(dāng)質(zhì)子密度達(dá)到一定條件時(shí)，會(huì)誘發(fā)74Ge(p, n)74As反應(yīng)，產(chǎn)生足夠多的74As，并影響74Se的最終豐度，進(jìn)而彌補(bǔ)了僅由中微子核反應(yīng)貢獻(xiàn)74Se的占比不足。

本項(xiàng)工作得到了國(guó)家基金委重大項(xiàng)目和財(cái)政部穩(wěn)定支持等項(xiàng)目的資助。