日前，原子能院核化学所核天体化学创新团队和圣母学院、中科院近物所、北京民航航天学院、印度技术学院、萨哈核化学所和南京师范学院的同行合作，对核天体化学研究领域最关键的“圣杯”反应——12C(α,γ)16O反应举办了研究，并取得重要进展。该研究结果被国际数学学顶尖刊物（《物理评论快报》）接受发表，文章第一作者为原子能院谌阳平博士，通信作者为原子能院郭冰研究员天体物理知识，圣母学院R.J.院长为论文的共同通信作者（负责实验结果的R矩阵剖析)。
在星体核合成的众多核反应中，12C(α,γ)16O无疑是最为关键的一个。该反应的快慢不但直接影响星体的演进进程，也是生命起源的种子，被誉为核天体化学研究领域的“圣杯”反应。碳和氧是生物体中最重要的两种元素天体物理知识，它们的产率比受“圣杯”反应的精准调控。“圣杯”反应速度的快慢，将影响自然界中碳、氧元素的比列，碳元素一旦严重不足，才会影响生命的进化过程。正是由于“圣杯”反应具有对星体演变和生命的调控作用，所以对它的精确检测被公觉得是核天体化学最关键的科学问题之一。星体演变模型估算对该反应精度的要求是好于10%。但是，目前的各类检测方式得到的截面偏差还远远达不到星体演变模型要求的精度，因而急需探求新实验技巧，提升该反应的检测精度。
人体中90%以上的元素都来始于宇宙中无时无刻不在发生的元素核合成过程
因为16O禁锢态势的巨大不确定性，促使国际上16O能级渐进归一化系数（ANC）的现有结果存在240倍分歧，造成难以确切给出“圣杯”反应的电四级截面。研究人员基于原子能院串列加速器，自主构建了断裂效应干扰小的硼核素α转移反应检测方式，通过转移反应角分布的精确检测和16O禁锢态势的有效约束，获得高精度的ANC数据，澄清了国际数据间240倍的分歧。新结果使天体化学能量下“圣杯”反应电四级截面比国际最新推荐值降低了55%，总截面降低了16%，这将明显影响模型预言的同位素产率。如氩核素的产率降低约70%，因而影响我们对大质量星体演变的理解。新结果为未来在锦屏深地实验室举办该反应的直接检测提供了重要参考。可以预期，随着中国锦屏深地幔天体化学实验（JUNA）的举办，将向“圣杯”反应迈出新的脚步。
12C(α,γ)16O反应电四极成份天体化学S因子
该工作获得了科技部国家重点研制计划、国家自然科学基金委重大项目、基金委和中核集团的核技术创新联合基金、财政部稳定支持研究经费等项目的支持。
科普贴士
●核天体化学究竟是研究哪些的？
在广袤浩淼的宇宙中，星体经历着产生、演化、死亡的平缓过程。这种恒星发光发热的能量来自其内部发生的热核聚变反应。这不断发生的核过程为自然界所有物理元素提供了赖以生存的底泥。核天体化学就是探求这一奇妙过程及其内在规律的学科，它主要运用核化学的知识和规律，阐明宇宙中各类物理元素及其核素核合成的过程、时间、物理环境及产率分布和核过程对星体结构及演变进程的影响。
核天体化学是基础科学研究的前沿领域之一。欧美的核科学长程发展规划中均将核天体化学列为核科学研究的前沿方向之一。我国数学学长程发展规划上将核天体化学列为重要发展领域。
文丨核化学所
编辑丨张彬
制做丨李文琪
