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居委会大爷|最新发现：生命之碳的产生速度比以前想象的快三分之一


碳是生命的基础 ， 我们是由原子所组成 ， 其中很多原子是碳原子 。 因此 ， 宇宙一定以某种方式创造了碳 。 碳是元素周期表中的第6种元素 ， 以其最常见的形式是在其原子核中具有6个质子和6个中子 。 假如它是由恒星形成的 ， 那么必需存在有某种方法可以由恒星中已经存在的其它元素形成它 ， 例如氢和氦 。
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我们知道碳12的质量 ， 知道恒星中如斯丰硕的氦核和氢核的质量 。 最简朴的形成碳的方法是获取三个独立的氦-4原子核 ， 将其核聚变在一起 。 氦-4的原子核中有两个质子和两个中子 ， 因此很难想象将它们三个聚变在一起会得到碳12 ， 从而产生我们宇宙所需的碳 。
三个氦原子核相结合的质量太大 ， 无法有效产生碳12 。 当两个氦-4核聚变在一起时 ， 会在约10^-16秒里天生铍-8 ， 然后衰变回两个氦核 。 假如温度足够高 ， 偶然会有第三个氦-4原子核 ， 但产生碳12的能量全都会错 ， 能量太多 。 这种反应不能为我们提供宇宙所需的足够碳 。
1953年闻名天体物理学家弗雷德·霍伊尔（Fred Hoyle）提出 ， 假如碳12原子核处于激发态 ， 则在更高的能量下更接近于三个氦-4原子核的剩余质量的总和 ， 该反应就会发生 。 五年后 ， 核物理学家、1983年贝尔物理学奖获得者、威廉·福勒（Willie Fowler）发现了这个被称为霍伊尔状态的核状态 ， 正如霍伊尔所预言的那样 ， 他发现了形成碳的氦-3过程 ， 是三重氦原子核（α粒子）转换成碳原子核的过程 。
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恒星通过三重α过程产生碳 ， 其中三个α粒子在一秒钟之内碰撞并融合 。 多年来天体物理学家又认知到这个过程不太可能发生 ， 天体物理学家不知所措 ， 无法解释如何在宇宙中产生碳和更重的元素 。
但是 ， 霍伊尔态的提出又为进一步的聚变反应铺平了道路 ， 使恒星能够制造出较重的元素 ， 从氧气、到铁、再到其它元素 。 恒星内部形成的碳和其它元素终极成为形成行星的尘埃、气体、星体等 。 在地球上 ， 碳成为生命的基础 。
宇宙以什么方式创造了碳？宇宙中的星体产生碳的速度如何？一直是物理学家、天文学家等探索的基本题目？这样的题目对于恒星如何进化和死亡、元素如何产生、生命的基础的认知具有重要作用 。
现在 ， 澳大利亚国立大学和奥斯陆大学的物理学家通过两项独立的丈量 ， 再现了恒星如何通过短暂的氦原子伙伴关系（称为霍伊尔状态）产生碳 。 他们发现 ， 碳产生的速度比以前想象的快34％ 。 该研究论文的两项独立的丈量 ， 分别发表在最近的《物理评论通信》和《物理评论 C》学刊上 。
论文首席研究员之一、澳大利亚国立大学核物理系蒂博尔·基贝迪（Tibor Kibédi）教授说：“这真是令人惊奇的结果 ， 对整个天体物理学具有深远的影响 。 ”
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基贝迪说：“这是物质世界的奇迹之一 。 ” “简朴地说 ， 假如霍伊尔态不存在 ， 我们也不会有此研究结果！”
【居委会大爷|最新发现：生命之碳的产生速度比以前想象的快三分之一】即使在霍伊尔态的匡助下 ， 形成不乱碳的可能性仍旧很小 。 基贝迪解释说：“每产生2500个霍伊尔态原子核 ， 只有一个转变为不乱的碳 ， 其余的则坍塌了 。 ”
直接丈量碳的出产速率非常难题 。 取而代之的是 ， 物理学家根据对两个不同的霍伊尔态跃迁的观察来间接计算它 。
为了丈量第一个跃迁 ， 基贝迪和他的研究小组通过重离子加速器举措措施（Heavy Ion Accelerator Facility ， 缩写HIAF） ， 向极薄的碳片发射了质子束 ， 形成了霍伊尔态核 。 使用重离子加速器举措措施的SUPER-E对光谱仪检测到这一点 ， 通过发射电子-正电子对 ， 一小部分被激发的原子核转变回了不乱的碳 。
同时 ， 基贝迪和他的团队与奥斯陆大学回旋加速器实验室的研究职员合作 ， 丈量了第二个跃迁 ， 其中霍伊尔态发出了一个光子 。 他们观察到60亿个霍伊尔态反应 ， 其中只有200个通过光子衰变而衰变 。
该团队综合了所有结果 ， 计算了碳生产率 ， 这是40年来的首次重大立异 。 他们发现它比以前以为的要大三分之一以上 ， 这相称枢纽 ， 对于天体物理量来说是一个巨大的变化 。
基贝迪说：“这真是出乎意料 。 ” “自1976年以来 ， 没有人研究过这种特殊的测量方法 ， 每个人都以为它是众所周知的 。 ”“像这样的碳生产率的进步将对我们的很多模型产生很大的影响 。 ”
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“这将影响我们对恒星如何随时间变化、它们如何产生比碳重的元素、我们如何丈量恒星的春秋、以及它们将持续多长时间、我们期望看到超新星爆炸多久、甚至它们是否遗留下中子星或黑洞等题目的认知 。 ”


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