近日，中科院近代物理研究所的科研人员金仕纶与美国密歇根州立大学国家超导回旋加速器实验室的科研人员合作发现，在高温高密的天体环境中， 3α 反应的增强会带来 ¹² C 的产量增大，继而减弱了丰质子环境的超新星核合成。该研究改变了人们长期以来对钼（ Mo ）和钌（ Ru ）同位素来源问题的认知，相关成果发表在《Nature》上。

3α反应，即 ⁴ He+ ⁴ He+ ⁴ He-> ¹² C，在许多方面都是一个最重要的反应，它定义了我们的存在。今天，地球上的绝大多数元素都来自于恒星的铸造。正是恒星内的3α反应使得3个He熔合成为一个 ¹² C，从而跨越了质量数为5和8的禁区，创造了对生命最重要的元素C。同时， ¹² C经过在大质量恒星内部一系列的燃烧过程之后，将为随后的超新星爆发元素合成提供种子，继而为宇宙贡献了从铁到铀的重元素。

超新星核塌缩后所释放的大量能量，被中微子携带会驱动丰质子环境的物质流，主要包含温度超过100亿度的达到统计平衡的自由质子和中子。随着物质流快速的延展，其温度也急速下降，在30亿到50亿度之间，3α反应开始形成 ¹² C，随后可以形成 ⁵⁶ Ni， ⁶⁰ Zn和 ⁶⁴ Ge等中质比相同的核。这些核随着温度继续降低，以(p, γ)反应的形式产生了大量的远离稳定β衰变线的丰质子核素。随着温度降到10亿度以内，以上过程归寂，不稳定核以β衰变的形式回到稳定线。这就是所谓的中微子质子俘获过程。

科研人员通过将增强的3α反应率植入到中微子质子俘获过程的脚本，使用天网核合成演化计算网络，进行海量场景的计算。结果显示，核合成被强烈抑制。

长期以来， ^92,94 Mo、 ^96,98 Ru等核一直被认为只能在中微子质子俘获过程中产生。该研究指出，在考虑了增强的3α反应后，这些核远不能如人们预计的一样足额的产生。在令人失望的同时，也意味着他们的来源另有出处，值得继续深入研究。

文章链接： https://www.nature.com/articles/s41586-020-2948-7

图1： 在 Ye=0.6, τ=10ms ， S=80( 黑 ) ， 140( 绿 ) ， 200( 红 ) 的环境下，实线代表增长的 3α 反应率，虚线是没有增长的，可以看到核合成均被明显的压制，重核素边界的质量数均被降低 10 到 20 。 （金仕纶/图）

图2： 随着熵的变化，考虑了增强的 3α 反应率和未考虑的所对应的 ^92,94 Mo 和 ^96,98 Ru 相对丰度。实线代表使用了反应率增强的中心值，虚线使用了反应率不确定度的上限，两者均显示这些核的合成会有呈量级式的抑制。（金仕纶 / 图 ）

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