CERN首次测量铌-94中子俘获反应，为远古星尘钼丰度之谜提供新线索

欧洲核子研究中心(CERN)n_TOF合作组近日报告，研究人员首次测量了铌-94发生中子俘获反应的概率。相关成果发表在《物理评论快报》上，为解释太阳前颗粒中钼-94异常丰度提供了新的实验依据。

欧洲核子研究中心 (CERN) n_TOF 实验中的 EAR2 装置产生大量中子，为核研究开辟了新的可能性。图片来源：欧洲核子研究中心

铌-94是一种含有41个质子和53个中子的铌同位素，在垂死恒星形成重元素的核反应过程中处于关键节点。研究人员关注它，是因为铌-94与钼-94非常接近，仅比钼-94少一个质子、多一个中子。在恒星内部的高温高压环境下，铌-94可能通过β衰变转化为钼-94，也可能通过中子俘获形成铌-95。这两条反应路径之间的竞争关系，直接影响科学家对钼-94来源的理解。

长期以来，科学家在太阳前颗粒中发现的钼-94含量高于理论模型预期。太阳前颗粒是在太阳形成过程中幸存下来的古老星尘，其中一部分随原始陨石来到地球。通过研究这些颗粒，科研人员能够追溯银河系早期重元素形成过程中的核组成信息。不过，此前铌-94捕获中子的概率从未被直接测量，相关模型只能依赖理论估算。

为完成这项实验，多个研究机构参与了稀有同位素样品的制备与表征。德累斯顿原子能研究所制备了稳定且纯净的铌-93样品，劳厄-朗之万研究所将其中少量转化为铌-94，随后保罗·谢勒研究所对样品进行了细致表征。研究团队随后在CERN n_TOF设施的EAR2实验站，利用高强度中子源照射样品，以模拟恒星环境中铌-94发生中子俘获的过程。

实验负责人表示，EAR2实验站的高瞬时中子通量对于捕捉铌-94样品中微弱的中子俘获信号至关重要。测量结果显示，实验值与此前部分理论估计较为接近，这意味着模型与星尘观测数据之间长期存在的差异，并不主要来自铌-94中子俘获概率估算，而更可能与早期恒星模型的局限有关。

研究人员指出，当新的实验结果被纳入更先进的恒星模型后，模型不确定性显著降低，并能够重现古代星尘中观测到的钼-94丰度。这一进展被认为是理解钼-94核合成起源的重要一步。

不过，相关问题尚未完全解决。铌-94演化路径中的另一关键分支——β衰变，目前仍主要依赖理论估算。研究团队表示，未来还需要对这一核过程开展更精确的实验测量，以进一步厘清钼-94的来源，并加深对恒星生成重元素机制的认识。