居委会大爷|最新发现：生命之碳的产生速度比以前想象的快三分之一

碳是生命的基础，我们是由原子所组成，其中很多原子是碳原子。因此，宇宙一定以某种方式创造了碳。碳是元素周期表中的第6种元素，以其最常见的形式是在其原子核中具有6个质子和6个中子。假如它是由恒星形成的，那么必需存在有某种方法可以由恒星中已经存在的其它元素形成它，例如氢和氦。

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我们知道碳12的质量，知道恒星中如斯丰硕的氦核和氢核的质量。最简朴的形成碳的方法是获取三个独立的氦-4原子核，将其核聚变在一起。氦-4的原子核中有两个质子和两个中子，因此很难想象将它们三个聚变在一起会得到碳12 ，从而产生我们宇宙所需的碳。
三个氦原子核相结合的质量太大，无法有效产生碳12 。当两个氦-4核聚变在一起时，会在约10^-16秒里天生铍-8 ，然后衰变回两个氦核。假如温度足够高，偶然会有第三个氦-4原子核，但产生碳12的能量全都会错，能量太多。这种反应不能为我们提供宇宙所需的足够碳。
1953年闻名天体物理学家弗雷德·霍伊尔（Fred Hoyle）提出，假如碳12原子核处于激发态，则在更高的能量下更接近于三个氦-4原子核的剩余质量的总和，该反应就会发生。五年后，核物理学家、1983年贝尔物理学奖获得者、威廉·福勒（Willie Fowler）发现了这个被称为霍伊尔状态的核状态，正如霍伊尔所预言的那样，他发现了形成碳的氦-3过程，是三重氦原子核（α粒子）转换成碳原子核的过程。

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恒星通过三重α过程产生碳，其中三个α粒子在一秒钟之内碰撞并融合。多年来天体物理学家又认知到这个过程不太可能发生，天体物理学家不知所措，无法解释如何在宇宙中产生碳和更重的元素。
但是，霍伊尔态的提出又为进一步的聚变反应铺平了道路，使恒星能够制造出较重的元素，从氧气、到铁、再到其它元素。恒星内部形成的碳和其它元素终极成为形成行星的尘埃、气体、星体等。在地球上，碳成为生命的基础。
宇宙以什么方式创造了碳？宇宙中的星体产生碳的速度如何？一直是物理学家、天文学家等探索的基本题目？这样的题目对于恒星如何进化和死亡、元素如何产生、生命的基础的认知具有重要作用。
现在，澳大利亚国立大学和奥斯陆大学的物理学家通过两项独立的丈量，再现了恒星如何通过短暂的氦原子伙伴关系（称为霍伊尔状态）产生碳。他们发现，碳产生的速度比以前想象的快34％。该研究论文的两项独立的丈量，分别发表在最近的《物理评论通信》和《物理评论 C》学刊上。
论文首席研究员之一、澳大利亚国立大学核物理系蒂博尔·基贝迪（Tibor Kibédi）教授说：“这真是令人惊奇的结果，对整个天体物理学具有深远的影响。 ”

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基贝迪说：“这是物质世界的奇迹之一。 ” “简朴地说，假如霍伊尔态不存在，我们也不会有此研究结果！”
【居委会大爷|最新发现：生命之碳的产生速度比以前想象的快三分之一】即使在霍伊尔态的匡助下，形成不乱碳的可能性仍旧很小。基贝迪解释说：“每产生2500个霍伊尔态原子核，只有一个转变为不乱的碳，其余的则坍塌了。 ”
直接丈量碳的出产速率非常难题。取而代之的是，物理学家根据对两个不同的霍伊尔态跃迁的观察来间接计算它。
为了丈量第一个跃迁，基贝迪和他的研究小组通过重离子加速器举措措施（Heavy Ion Accelerator Facility ，缩写HIAF），向极薄的碳片发射了质子束，形成了霍伊尔态核。使用重离子加速器举措措施的SUPER-E对光谱仪检测到这一点，通过发射电子-正电子对，一小部分被激发的原子核转变回了不乱的碳。
同时，基贝迪和他的团队与奥斯陆大学回旋加速器实验室的研究职员合作，丈量了第二个跃迁，其中霍伊尔态发出了一个光子。他们观察到60亿个霍伊尔态反应，其中只有200个通过光子衰变而衰变。
该团队综合了所有结果，计算了碳生产率，这是40年来的首次重大立异。他们发现它比以前以为的要大三分之一以上，这相称枢纽，对于天体物理量来说是一个巨大的变化。
基贝迪说：“这真是出乎意料。 ” “自1976年以来，没有人研究过这种特殊的测量方法，每个人都以为它是众所周知的。 ”“像这样的碳生产率的进步将对我们的很多模型产生很大的影响。 ”

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“这将影响我们对恒星如何随时间变化、它们如何产生比碳重的元素、我们如何丈量恒星的春秋、以及它们将持续多长时间、我们期望看到超新星爆炸多久、甚至它们是否遗留下中子星或黑洞等题目的认知。 ” 分页标题
参考：
1. Improved precision on the experimental E0 decay branching ratio of the Hoyle state, Physical Review C. DOI: 10.1103/PhysRevC.102.024320
2. Radiative width of the Hoyle state from γ-ray spectroscopy, Physical Review Letters. journals.aps.org/prl/accepted/ … b66ef75f88799ed53f9b