Le collaboratif international n_TOF, auquel a participé un groupe de chercheurs de l'Université de Séville, a utilisé les capacités uniques de trois des installations nucléaires du monde pour réaliser une nouvelle expérience visant à trouver une explication au problème cosmologique du lithium. Ce problème fait partie des questions encore non résolues de la description standard actuelle du Big Bang. Les nouveaux résultats expérimentaux, leurs interprétations théoriques et leurs implications ont été publiées dans Lettres d'examen physique .

Les réactions nucléaires responsables de la création et de la destruction des noyaux atomiques lors du Big Bang sont cruciales dans la détermination de l'abondance primordiale du lithium, le troisième (et dernier) élément chimique formé au cours de la toute première phase de la création de l'univers. Les modèles standards du Big Bang prédisent une abondance de Li ⁷ , le principal isotope du lithium, trois ou quatre fois plus que ce qui est réellement observé. Récemment, à l'installation n_TOF au CERN, les chercheurs ont étudié la possibilité d'un canal de neutrons qui pourrait augmenter le taux de destruction de l'isotope Be7, le précurseur de Li7, et donc rendre compatible l'abondance cosmologique de lithium calculée et observée.

"Potentiellement, un canal de réaction neutronique pourrait résoudre le problème cosmologique du lithium, qui est l'un des aspects encore non résolus de la description standard actuelle du Big Bang, ", explique le professeur José Manuel Quesada de l'Université de Séville.

Dans l'installation SINQ du PSI (Villigen Suisse), le matériau "non coupé" destiné à être utilisé dans la nouvelle expérience a été séparé. Le matériau a ensuite été envoyé à l'installation de faisceaux radioactifs ISOLDE au CERN pour produire une cible pure avec moins de 0,1 milligramme de Be7, qui a ensuite été envoyé à l'installation n_TOF pour être inclus dans les mesures neutroniques.

C'est la première fois que les deux installations du CERN dédiées aux expériences de physique nucléaire réalisent une expérience ensemble, en utilisant le faisceau d'ions radioactifs ISOLDE pour produire la cible nécessaire à une expérience à n_TOF en utilisant la technique du temps de vol des neutrons.

Dans une expérience précédente à n_TOF, la section efficace de la ⁷ Être(n, une) ⁴ La réaction a été mesurée dans une large gamme d'énergies, qui a permis d'imposer des restrictions strictes sur l'un des mécanismes de destruction de l'isotope Be 7 pendant le Big Bang. Dans cette expérience, cependant, la réaction ⁷ Être(n, p) ⁷ Li a été mesuré, étendre les données précédemment acquises à une plus grande gamme d'énergies, permettant la mise à jour de la vitesse de réaction utilisée dans les calculs dans le modèle standard du Big Bang.

"Bien que les nouvelles données obtenues à partir des expériences à n_TOF permettent d'établir une base beaucoup plus solide pour les calculs BBN, la conclusion de ce projet est que les canaux neutroniques ne suffisent pas à résoudre le problème cosmologique du lithium. La communauté scientifique est confrontée à un défi qui nécessitera des efforts supplémentaires pour résoudre, et cela impliquera les domaines de l'astrophysique nucléaire, observations astronomiques, cosmologie non standard et même nouvelle physique au-delà du modèle standard de la physique des particules, " écrivent les chercheurs.