Es gibt eine signifikante Diskrepanz zwischen der theoretischen und der beobachteten Menge an Lithium in unserem Universum. Dieses Problem ist bekannt als Das Lithium-Kosmologische Problem und verfolgt Kosmologen seit Jahrzehnten. Forscher haben diese Diskrepanz jetzt dank eines neuen Experiments zu den nuklearen Prozessen, die für die Bildung von Lithium verantwortlich sind, um etwa 10 % verringert. Diese Forschung könnte den Weg zu einem umfassenderen Verständnis des frühen Universums weisen.
Ein bekanntes Sprichwort lautet: „Theorie und Praxis sind ein und dasselbe. In der Praxis ist dies nicht der Fall." Dies gilt für alle akademischen Bereiche, aber insbesondere für die Kosmologie, die Erforschung des gesamten Universums, wo das, was wir zu sehen glauben, und das, was wir tatsächlich sehen, nicht immer übereinstimmen. Dies liegt vor allem daran, dass viele kosmologische Phänomene aufgrund ihrer Unzugänglichkeit schwer zu untersuchen sind. Kosmologische Phänomene sind uns aufgrund der großen Entfernungen normalerweise nicht zugänglich oder ereigneten sich oft, bevor sich das menschliche Gehirn überhaupt darum gekümmert hatte – wie im Fall des Urknalls.
Project Associate Professor Seiya Hayakawa und Dozent Hidetoshi Yamaguchi vom Zentrum für Kernforschung der Universität Tokio und ihr internationales Team interessieren sich besonders für einen Bereich der Kosmologie, in dem Theorie und Beobachtung stark auseinandergehen, nämlich KOsmologisches Problem von Lithium (KLP). Die Theorie sagt voraus, dass kurz nach dem Urknall, der die gesamte Materie im Kosmos geschaffen hat, der Lithiumgehalt etwa dreimal höher sein sollte als das, was wir tatsächlich beobachten.
„Vor 13,7 Milliarden Jahren, als Materie aus der Energie des Urknalls verschmolz, bildeten sich die gemeinsamen leichten Elemente, die wir alle kennen – Wasserstoff, Helium, Lithium und Beryllium – in einem Prozess, den wir nennen Urknall-Nukleosynthese (BBN)“, sagte Hayakawa. „BBN ist jedoch keine direkte Kette von Ereignissen, in der eins zum anderen wird. Tatsächlich handelt es sich um ein komplexes Netzwerk von Prozessen, bei denen eine Mischung aus Protonen und Neutronen Atomkerne erzeugt und einige von ihnen in andere Kerne zerfallen. Beispielsweise ist der Gehalt an einer Form von Lithium oder Isotop – Lithium-7 – hauptsächlich das Ergebnis der Produktion und des Zerfalls von Beryllium-7. Aber es wurde entweder theoretisch überschätzt oder in der Realität unterschätzt oder eine Kombination dieser beiden Faktoren. Das muss geklärt werden, um wirklich zu verstehen, was damals passiert ist."
Lithium-7 ist das häufigste Lithiumisotop und macht 92,5 % aller beobachteten Isotope aus. Obwohl akzeptierte BBN-Modelle die relative Häufigkeit aller an BBN beteiligten Elemente mit bemerkenswerter Genauigkeit vorhersagen, ist die erwartete Häufigkeit von Lithium-7 etwa dreimal größer als die tatsächlich beobachtete. Das bedeutet, dass unser Wissen über die Entstehung des frühen Universums lückenhaft ist. Es gibt mehrere theoretische und beobachtende Ansätze, die darauf abzielen, dieses Problem zu lösen, aber Hayakawa und sein Team modellierten die Bedingungen während des BBN unter Verwendung von Teilchenstrahlen, Detektoren und einer Beobachtungsmethode, die als bekannt ist Trojanisches Pferd.
„Wir haben eine der BBN-Reaktionen sorgfältig untersucht, bei der Beryllium-7 und ein Neutron in Lithium-7 und ein Proton zerfallen. Die erhaltenen Lithium-7-Werte waren etwas niedriger als erwartet, etwa 10 %, sagte Hayakawa. - Diese Reaktion ist sehr schwer zu beobachten, da Beryllium-7 und Neutronen instabil sind. Also verwendeten wir ein Deuteron, einen Wasserstoffkern mit einem zusätzlichen Neutron, als Gefäß, um das Neutron in den Beryllium-7-Strahl zu befördern, ohne ihn zu stören. Dies ist eine einzigartige Technik, die von einer italienischen Gruppe entwickelt wurde, mit der wir zusammenarbeiten, bei der das Deuteron wie das Trojanische Pferd im griechischen Mythos ist und das Neutron ein Soldat ist, der sich seinen Weg in die uneinnehmbare Stadt Troja bahnt, ohne die Wache zu stören ( ohne die Probe zu destabilisieren). Dank des neuen experimentellen Ergebnisses können wir künftigen theoretischen Forschern eine etwas weniger schwierige Aufgabe bei der Lösung von CLP bieten."
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Die Übersetzung ist ziemlicher Blödsinn