Il existe un écart important entre les quantités théoriques et observées de lithium dans notre univers. C'est ce qu'on appelle le problème cosmologique du lithium, et cela a tourmenté les cosmologistes pendant des décennies. Maintenant, les chercheurs ont réduit cet écart d'environ 10 %, grâce à une nouvelle expérience sur les processus nucléaires responsables de la création du lithium. Cette recherche pourrait ouvrir la voie à une compréhension plus complète de l'univers primitif.

Il y a un dicton célèbre qui dit « en théorie, la théorie et la pratique sont les mêmes. En pratique, ils ne le sont pas." Cela est vrai dans tous les domaines académiques, mais c'est surtout courant en cosmologie, l'étude de l'univers entier, où ce que nous pensons devoir voir et ce que nous voyons vraiment ne correspondent pas toujours. C'est en grande partie parce que de nombreux phénomènes cosmologiques sont difficiles à étudier en raison de l'inaccessibilité. Les phénomènes cosmologiques sont généralement hors de notre portée en raison des distances extrêmes impliquées, ou souvent, ils se sont produits avant même que le cerveau humain n'ait évolué pour s'en préoccuper en premier lieu, comme c'est le cas avec le big bang.

Le professeur assistant de projet Seiya Hayakawa et le conférencier Hidetoshi Yamaguchi du Centre d'études nucléaires de l'Université de Tokyo, et leur équipe internationale s'intéressent particulièrement à un domaine de la cosmologie où théorie et observation sont très désalignées, et c'est la question du lithium manquant, le problème cosmologique du lithium (CLP). En un mot, la théorie prédit que dans les minutes qui ont suivi le big bang qui a créé toute la matière dans le cosmos, il devrait y avoir une abondance de lithium environ trois fois supérieure à ce que nous observons réellement. Mais Hayakawa et son équipe ont expliqué une partie de cet écart et ont ainsi ouvert la voie à des recherches qui pourraient un jour le résoudre entièrement.

"Il y a 13,7 milliards d'années, comme la matière a fusionné avec l'énergie du big bang, éléments légers communs que nous reconnaissons tous—hydrogène, hélium, lithium et béryllium—formés dans un processus que nous appelons la nucléosynthèse du Big Bang (BBN), " dit Hayakawa. " Cependant, BBN n'est pas une simple chaîne d'événements où une chose devient une autre dans l'ordre; c'est en fait un réseau complexe de processus où un fouillis de protons et de neutrons construit des noyaux atomiques, et certains d'entre eux se désintègrent en d'autres noyaux. Par exemple, l'abondance d'une forme de lithium, ou isotope—lithium-7—résulte principalement de la production et de la désintégration du béryllium-7. Mais il a soit été surestimé en théorie, sous-observé dans la réalité, ou une combinaison des deux. Cela doit être résolu afin de vraiment comprendre ce qui s'est passé à l'époque."

Le lithium-7 est l'isotope le plus courant du lithium, représentant 92,5% de toutes les observations. Cependant, même si les modèles acceptés de BBN prédisent les quantités relatives de tous les éléments impliqués dans BBN avec une extrême précision, la quantité attendue de lithium-7 est environ trois fois supérieure à ce qui est réellement observé. Cela signifie qu'il y a une lacune dans nos connaissances sur la formation de l'univers primitif. Il existe plusieurs approches théoriques et observationnelles qui visent à résoudre ce problème, mais Hayakawa et son équipe ont simulé les conditions pendant le BBN en utilisant des faisceaux de particules, détecteurs et une méthode d'observation connue sous le nom de cheval de Troie.

"Nous avons scruté plus que jamais l'une des réactions de BBN, où le béryllium-7 et un neutron se désintègrent en lithium-7 et un proton. Les niveaux d'abondance du lithium-7 qui en ont résulté étaient légèrement inférieurs aux prévisions, environ 10 % de moins, " a déclaré Hayakawa. " C'est une réaction très difficile à observer car le béryllium-7 et les neutrons sont instables. Nous avons donc utilisé du deutéron, un noyau d'hydrogène avec un neutron supplémentaire, comme navire pour introduire un neutron dans un faisceau de béryllium-7 sans le perturber. C'est une technique unique, développé par un groupe italien avec lequel nous collaborons, dans lequel le deutéron est comme le cheval de Troie dans le mythe grec, et le neutron est le soldat qui se faufile dans la ville imprenable de Troie sans avertir les gardes (déstabilisant l'échantillon). Grâce au nouveau résultat expérimental, nous pouvons offrir aux futurs chercheurs théoriques une tâche un peu moins intimidante lorsqu'ils tentent de résoudre le CLP."