物理学家设计了一个实验来确定元素的来源

我们宇宙中几乎所有的氧气都是在像太阳这样的大质量恒星的肚子里锻造出来的。随着这些恒星收缩和燃烧，它们在其核心内引发了热核反应，碳和氦的核可以在一个罕见但必不可少的核反应中相互碰撞并融合，这种核反应在宇宙中产生大量氧气。

这种产生氧气的反应速度非常难以确定。但是，如果研究人员能够对所谓的“辐射捕获反应速率”做出足够好的估计，他们就可以开始找出基本问题的答案，例如宇宙中碳与氧的比例。准确的速率也可以帮助他们确定爆炸的恒星是否会以黑洞或中子星的形式出现。

现在麻省理工学院核科学实验室(LNS)的物理学家已经提出了一种实验设计，可以帮助确定这种氧气生成反应的速度。该方法需要一种仍在建造中的粒子加速器，在世界各地的几个地方。一旦启动并运行，这种“多兆瓦”线性加速器可以提供恰当的条件来反向运行产生氧的反应，就好像转回恒星形成的时钟一样。

研究人员表示，这种“反应”应该能够让他们估算出恒星实际发生的反应速率，其准确度比以前更高。

“物理学家的工作描述是了解世界，而现在，我们并不完全了解宇宙中氧气的来源，以及氧气和碳是如何制造的，”物理学教授理查德米尔纳说。麻省理工学院。“如果我们是对的，这种测量将帮助我们回答核物理中关于元素起源的一些重要问题。”

米尔纳是今天出版在物理评论C期刊上的一篇论文的合着者，同时还有主要作者和MIT-LNS博士后IvicaFriščić和麻省理工学院理论物理中心高级研究科学家T. William Donnelly。

急剧下降

辐射捕获反应速率是指碳-12核与氦核之间的反应，也称为α粒子，发生在恒星内。当这两个核碰撞时，碳核有效地“捕获”α粒子，并且在此过程中，被激发并以光子的形式辐射能量。遗留下来的是氧气-16核，它最终衰变成我们大气中存在的稳定形式的氧气。

但是这种反应在恒星中自然发生的可能性非常小，因为α粒子和碳-12核都是高度带正电的。如果他们确实紧密接触，他们自然倾向于排斥，在所谓的库仑力量。为了融合形成氧气，该对必须以足够高的能量碰撞以克服库仑力 - 这是罕见的。在恒星内存在的能级下，不可能检测到如此极低的反应速率。

在过去的五十年中，科学家们试图在小而强大的粒子加速器中模拟辐射捕获反应速率。他们通过碰撞氦和碳束来实现这一目的，希望融合来自两个光束的原子核以产生氧气。他们已经能够测量这些反应并计算相关的反应速率。然而，这种加速器碰撞粒子的能量远远高于恒星发​​生的能量，因此目前对产氧反应速率的估计很难推断到恒星内实际发生的情况。

“这种反应在较高的能量下是众所周知的，但随着能量的下降，它向着有趣的天体物理区域急剧下降，”Friščić说。

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