重磅！锦屏深地核天体物理实验的首个实验成果发布
上世纪八十年代以来，科学家们使用太空伽马射线望远镜对银河系进行了大量观测，他们发现一条强度很高、能量为1.809 MeV的伽马射线。科学家们的分析结果表明，这条伽马射线来自银河系星际介质中的26Al核素。26Al基态的寿命约为1百万年，可以通过贝塔衰变或轨道电子俘获生成26Mg的激发态，该激发态会发射1.809 MeV的伽马射线，退激到26Mg的基态。根据这条伽马射线的通量可以估算出银河系星际介质中26Al核素的含量约为太阳质量的3倍，结果让科学家们非常震惊。因为26Al的寿命同太阳系的寿命（46亿年）相比实在是太小了，早期产生的26Al已经消亡殆尽，那么银河系中如此多的26Al是如何又是在哪里产生的呢？
随着科学家对26Al来源之谜研究的深入，人们发现26Al中隐含着更多的宇宙秘密。比如，通过研究太阳系形成初期的26Al丰度，可以揭示触发太阳系形成的“扳机”事件；球状星团曾被认为是研究星系年龄的理想场所，然而一些观测结果却发现其中一些AGB星呈现Mg-Al丰度反关联；宇宙中60Fe和26Al的伽马射线通量比还与恒星生产率直接相关，可以为我们认识太阳系的产生场所提供一个重要约束。总之，星际26Al的来源成为世界核科学研究的热点问题，相关研究面临着激烈的国际竞争。
为在激烈的国际竞争中取得有利地位，锦屏深地核天体物理实验团队选择25Mg(p,γ)26Al反应进行研究。该反应是恒星中产生26Al的关键反应，26Al的几个阈上能级（58，92，189，304 keV）的共振俘获过程对反应率有重要贡献。189和304 keV的共振俘获截面较大，地面设施能够进行高精度的测量。58 keV的共振俘获截面很小，难以直接测量。2020年，研究团队使用一种间接测量方法，获得了58 keV能级的共振强度。当前，25Mg(p,γ)26Al反应的不确定性主要由92 keV的共振俘获决定，对该能级的共振强度和基态分配因子的精确测量能够高精度地给出AGB星环境下25Mg(p,γ)26Al反应的天体物理反应率，从而为解决星际26Al的来源之谜做出贡献。
92keV的共振俘获截面很小，测量相当困难。在地面实验室进行测量时，反应产生的些许效应计数将会淹没在宇宙射线的汪洋大海中，根本无法提取有效数据。意大利的科学家首先把加速器搬到山洞中，利用山体的岩石屏蔽宇宙射线，从而获得了92 keV能级的共振强度和基态分配因子。然而，由于他们的实验室不够深，加速器的束流强度不够高，导致实验结果误差很大，满足不了恒星模型计算要求的精度。
我国的锦屏深地实验室有着得天独厚的屏蔽条件，岩石厚度比意大利多1000米，宇宙射线的强度小两个数量级。我国深地核天体物理团队在国家基金委、中核集团和中国科学院的支持下，成功研制出流强可达10 mA的加速器装置。还建成了几何效率超过90%的BGO伽马探测器阵列，经过冷却后获得国际最高能量分辨。相比国际上的深地实验室，锦屏核天体物理实验装置有如下优势：实验室的本底水平最低，深地加速器的束流强度最大，BGO伽马探测器阵列的能量分辨好。借助这一优势，研究团队在2021年1月1日开始进行92 keV共振俘获反应的测量，经过15天夜以继日的奋战，获得了世界上精度最好的测量结果。如图1所示，实验得到的共振强度误差为8%，基态分配因子的误差为6%，都是世界最精确的实验结果。
研究结果表明，在AGB星感兴趣的0.1GK温度下，实验得到的反应率比国际评价结果大2.4倍，这意味着AGB星能产生更多的26Al。该高精度的反应率数据将为研究AGB星的对流模型提高一个很好的约束，也能为解释球状星团的元素丰度分布异常提供重要的数据支撑。
该工作是锦屏深地核天体物理实验的首个实验成果。相关文章以封面形式发表于Science Bulletin 2022年第2期。文章第一单位为中国原子能科学研究院，北京师范大学、中科院近代物理研究所、深圳大学、山东大学等为合作单位。第一作者是苏俊教授，联合通讯作者是李志宏和柳卫平研究员。
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