C'è una discrepanza significativa tra le quantità teoriche e osservate di litio nel nostro universo. Questo è noto come il problema cosmologico del litio, e ha afflitto i cosmologi per decenni. Ora, i ricercatori hanno ridotto questa discrepanza di circa il 10%, grazie a un nuovo esperimento sui processi nucleari responsabili della creazione del litio. Questa ricerca potrebbe indicare la strada per una comprensione più completa dell'universo primordiale.

C'è un famoso detto che "in teoria, teoria e pratica sono la stessa cosa. In pratica, non lo sono." Questo vale in ogni ambito accademico, ma è particolarmente comune in cosmologia, lo studio dell'intero universo, dove ciò che pensiamo di dover vedere e ciò che vediamo realmente non sempre corrisponde. Ciò è in gran parte dovuto al fatto che molti fenomeni cosmologici sono difficili da studiare a causa dell'inaccessibilità. I fenomeni cosmologici sono solitamente fuori dalla nostra portata a causa delle estreme distanze coinvolte, o spesso si sono verificati prima ancora che il cervello umano si fosse evoluto per preoccuparsi di loro in primo luogo, come nel caso del big bang.

Il Professore Assistente del Progetto Seiya Hayakawa e il Docente Hidetoshi Yamaguchi del Centro per gli Studi Nucleari dell'Università di Tokyo, e il loro team internazionale sono particolarmente interessati a un'area della cosmologia in cui teoria e osservazione sono molto disallineate, e questo è il problema del litio mancante, il problema cosmologico del litio (CLP). In poche parole, la teoria prevede che nei minuti successivi al big bang che ha creato tutta la materia nel cosmo, dovrebbe esserci un'abbondanza di litio circa tre volte maggiore di quella che effettivamente osserviamo. Ma Hayakawa e il suo team hanno spiegato alcune di queste discrepanze e hanno quindi aperto la strada a ricerche che un giorno potrebbero risolverlo del tutto.

"13,7 miliardi di anni fa, mentre la materia si fondeva con l'energia del big bang, elementi luminosi comuni che tutti riconosciamo:idrogeno, elio, litio e berillio, formati in un processo che chiamiamo nucleosintesi del Big Bang (BBN), " disse Hayakawa. "Tuttavia, La Bbn non è una semplice catena di eventi in cui una cosa diventa un'altra in sequenza; è in realtà una complessa rete di processi in cui un miscuglio di protoni e neutroni costruisce nuclei atomici, e alcuni di questi decadono in altri nuclei. Per esempio, l'abbondanza di una forma di litio, o isotopo - litio-7 - deriva principalmente dalla produzione e dal decadimento del berillio-7. Ma è stato sopravvalutato in teoria, sottovalutato nella realtà, o una combinazione dei due. Questo deve essere risolto per capire davvero cosa è successo allora".

Il litio-7 è l'isotopo più comune del litio, che rappresentano il 92,5% di tutti gli osservati. Però, anche se i modelli accettati di BBN predicono le quantità relative di tutti gli elementi coinvolti nella BBN con estrema precisione, la quantità prevista di litio-7 è circa tre volte maggiore di quella effettivamente osservata. Ciò significa che c'è una lacuna nelle nostre conoscenze sulla formazione dell'universo primordiale. Esistono diversi approcci teorici e osservativi che mirano a risolvere questo problema, ma Hayakawa e il suo team hanno simulato le condizioni durante la BBN usando fasci di particelle, rivelatori e un metodo di osservazione noto come cavallo di Troia.

"Abbiamo esaminato più che mai una delle reazioni della Bbn, dove il berillio-7 e un neutrone decadono in litio-7 e un protone. I livelli risultanti di abbondanza di litio-7 erano leggermente inferiori al previsto, circa il 10% in meno, " ha detto Hayakawa. "Questa è una reazione molto difficile da osservare poiché berillio-7 e neutroni sono instabili. Quindi abbiamo usato il deuterone, un nucleo di idrogeno con un neutrone in più, come una nave per contrabbandare un neutrone in un raggio di berillio-7 senza disturbarlo. Questa è una tecnica unica, sviluppato da un gruppo italiano con cui collaboriamo, in cui il deuterone è come il cavallo di Troia del mito greco, e il neutrone è il soldato che si intrufola nell'inespugnabile città di Troia senza avvisare le guardie (destabilizzando il campione). Grazie al nuovo risultato sperimentale, possiamo offrire ai futuri ricercatori teorici un compito leggermente meno arduo quando si cerca di risolvere il CLP".