Астрофизики столкнулись с проблемой церия: модели предсказывают, что некоторые звезды должны содержать гораздо меньше этого тяжелого элемента, чем показывают астрофизические наблюдения. Недавно проведенные в ЦЕРНе эксперименты на установке для определения времени пролета нейтронов (коллаборация n_TOF) увеличили разрыв между теорией и наблюдениями на 20%. Исследователи заявили, что полученные результаты подчеркивают необходимость высокоточных измерений ядерных свойств атомов, а также обновления моделей нуклеосинтеза. "Наш эксперимент усугубил проблему", - говорит Симоне Амадуччи, сотрудник Южной национальной лаборатории INFN, Италия. "Это было неожиданно, но и интересно, поскольку указывает на наше непонимание механизма нуклеосинтеза".

Большинство тяжелых элементов во Вселенной образуются в звездах в результате одного из видов процесса захвата нейтронов, когда атомное ядро поглощает один или несколько нейтронов. В медленном процессе захвата нейтронов, или "-процессе", поглощения рассредоточены во времени. В результате каждой такой реакции образуется либо стабильное ядро с тем же числом протонов, но с одним дополнительным нейтроном, либо нестабильное ядро, которое затем испытывает радиоактивный распад с образованием ядра следующего элемента в периодической таблице (с одним дополнительным протоном).

Используя имеющиеся в настоящее время модели -процесса, исследователи правильно предсказали обилие в звездах таких тяжелых элементов, как барий (56 протонов), лантан (57 протонов), празеодим (59 протонов) и неодим (60 протонов). Но для церия (58 протонов) известные модели, похоже, не работают, поскольку предсказания распространенности этого элемента в некоторых звездах шаровых скоплений с малыми массой и металличностью расходятся с наблюдениями на 30%. "Это расхождение является довольно странным, ведь для соседних элементов теория работает", - говорит Серджио Кристалло, член команды Национального института астрофизики в Италии, занимающийся вопросами захвата нейтронов. "В моделях нет ничего, что могло бы вызвать такое расхождение только для одного элемента".

Большая часть церия во Вселенной (89 %) существует в виде церия-140, одного из изотопов элемента, содержащего 58 протонов и магическое число нейтронов 82. Ядра с магическим числом нуклонов особенно стабильны и поэтому часто встречаются в больших количествах, по сравнению с другими изотопами того же элемента или соседними элементами в периодической таблице.

Подобно другим магическим ядрам, высокая стабильность церия-140 обусловлена его малым сечением захвата нейтронов (величина, пропорциональная вероятности поглощения нейтрона ядром). Именно эта характеристика измерялась в новых экспериментах в ЦЕРНе. В рамках этих экспериментов образец оксида церия бомбардировался высокоэнергетическим пучком нейтронов. В результате захвата нейтрона церием-140 в образце образуется церий-141, нестабильный изотоп. При последующем распаде церия-141 испускается каскад гамма-лучей, которые регистрировались жидким сцинтиллятором. Затем эти данные были использованы для определения сечения захвата нейтронов исходным церием-140.

Далее см. в Подробнее...