中国锦屏地下实验室是目前世界上最深的地下实验室。北京师范大学教授何建军团队成功研制出目前耐辐照能力最强的氟注入靶，并在锦屏深地直接测量了天体关键核反应截面，揭示了古老恒星钙元素的丰度之谜。

近日，相关成果刊发于《自然》。新华社、中国科学报、科技日报等主流媒体对这一成果进行了报道。

2014年，澳大利亚天文学家利用望远镜观测到一颗宇宙中迄今最古老的红巨星。它的钙元素起源问题至今仍然是一个谜。天体理论认为，这些钙元素可能来源于碳氮氧循环的突破反应。但是，氟辐射俘获质子的突破反应在天体物理感兴趣的能区尚无实验数据。

从世界最深的实验室窥探宇宙的奥秘

团队于2021年初利用锦屏深地核天体物理装置（JUNA）提供的强流质子束，成功将该氟辐射俘获质子的突破反应从之前的240千电子伏特一直向下推进至186千电子伏特，触碰到了第一代星感兴趣的伽莫夫能区，并在225千电子伏特发现了一个新的共振。

JUNA测量的

在第一代星最感兴趣的1亿摄氏度温度附近，新共振的发现使得该突破反应的反应率比之前欧洲核天体反应率库中的推荐值大了5.4~7.4倍，并且将该温度附近的反应率不确定度从几个数量级缩小至50%左右，极大降低了该反应率在天体网络计算中所引起的误差。

同时，团队与天体物理学家合作，研究了新反应率在第一代星中的影响，计算表明该反应从碳氮氧循环突破出去的概率比之前预想的大7倍左右，解释了第三星族恒星SMSS0313-6708中观测到的钙丰度问题。

天体物理模型计算的第一代星中钙的丰度。其中，I：简化模型；II：混合对流模型；III：完整模型灰色虚线表示极贫金属星SMSS0313-6708的观测丰度。其中红色的点为JUNA的结果。

更具深远意义的是，新的反应率数据强有力地支持了第一代星的弱超新星爆模型，排除了其他天体模型的可能性。另外，在1000万摄氏度的温度环境下，新反应率比之前推荐的大200倍左右，因此对于低温环境下的恒星演化必将产生重要影响，等待人们开展进一步研究。该工作将为詹姆斯·韦布望远镜未来观测目标提供可靠的核物理输入量。

作为JUNA的首批成果之一，该突破反应实验的成功开展证明JUNA全面具备了进行深地核天体物理研究的能力。

论文第一作者是北京师范大学张立勇副教授，第一通讯作者是北京师范大学何建军教授、美国圣母大学M. Wiescher教授和中国原子能科学研究院柳卫平研究员为共同通讯作者。本工作得到了国家自然基金委重大项目和杰青项目等基金的资助。

据悉，JUNA由中国原子能科学研究院牵头，联合中科院近代物理研究所、北京师范大学、清华大学、雅砻江流域水电开发有限公司等单位于2020年底深地建成出束。

论文链接：

www.nature.com/articles/s41586-022-05230-x

团队故事

中国锦屏地下实验室，是目前世界上最深的地下实验室，垂直岩石覆盖达2400米，可将宇宙射线通量降到地面水平的千万分之一至亿分之一。在这里，北师大核科学与技术学院的科研团队，取得了一系列世界领先的原创性成果，实现国际核天体物理直接测量的最大曝光量、最宽能量范围、最高灵敏度和最低本底环境。同时，生态环境部与北师大共建锦屏极低辐射本底测量联合实验室，开展“人体内污染健康评价方法研究”等前沿课题研究 。相信在不久的将来，那道足以划破核科学天际的“万钧雷霆”，必将为他们所捕获！

《京师问道》系列科研片，讲述教学科研一线教师潜心立德树人、勇攀科学高峰的故事，展示学校服务国家战略的重大科研成果。

来源：核科学与技术学院

新华社、中国科学报、科技日报等

排版：陈宁心

责任编辑：姜思宇