3.11 Misteri litium-7 dalam nukleosintesis primordial: pembetulan dwilapis melalui penskalaan ketegangan dan suntikan hingar latar

Laman Utama ／ Bab 3: Alam semesta makroskopik (V5.05)

Terminologi

Bahagian ini meletakkan isu “litium-7 rendah” dalam gambaran filamen–lautan tenaga–ketegangan: dalam alam semesta awal, Zarah Tidak Stabil Terumum (GUP) wujud cukup lama untuk membentuk landskap latar Graviti Ketegangan Statistik (STG); apabila zarah-zarah ini terlerai atau ternyahmusnah, ia menyuntik paket gelombang lemah yang tampak sebagai Hingar Tempatan Ketegangan (TBN). Mulai saat ini, teks akan menggunakan istilah penuh bahasa Melayu “Zarah Tidak Stabil Terumum”, “Graviti Ketegangan Statistik” dan “Hingar Tempatan Ketegangan”.

I. Fenomena dan kebuntuan

1. Jurang pemerhatian:
   Atmosfera bintang tua miskin logam (dataran Spite) menunjukkan kelimpahan litium-7 yang lebih rendah daripada ramalan nukleosintesis Dentuman Besar piawai, dengan defisit pada skala gandaan; saiz jurang berbeza mengikut sampel dan kaedah pembetulan.
2. “Yang lain semua tepat”:
   Dengan input kosmologi dan kadar tindak balas nuklear yang sama, pecahan jisim helium-4 dan nisbah deuterium/hidrogen lazimnya sepadan dengan pemerhatian. Oleh itu, “melaras litium-7 sahaja” menjadi sukar.
3. Tiga jalan buntu arus perdana:
   • Hipotesis susutan dalam bintang: Perlu menerangkan pengurangan yang “meluas dan hampir sama magnitudnya”, sambil kekal konsisten dengan penunjuk litium-6/besi; ini sangat mencabar.
   • Kemas kini kadar nuklear: Walaupun memperhalus keratan rentas utama, sukar untuk menurunkan litium-7 sahaja sehingga masuk jalur pemerhatian.
   • Suntikan fizik baharu era awal: Menggunakan pereputan/nyahmusnah zarah untuk memusnahkan berilium-7 lazimnya memerlukan tetapan halus pada spektrum produk, kelimpahan dan jangka hayat, di samping tidak mengganggu deuterium dan Latar Gelombang Mikro Kosmik (CMB).

II. Huraian mekanisme fizikal (pembetulan dwilapis: penskalaan ketegangan + suntikan hingar latar)

1. Penskalaan ketegangan: menyusun semula “jam dan lebar tetingkap” secara ringan
   • Inti idea: Alam semesta awal ialah lautan tenaga yang sangat tumpat; tahap ketegangannya menyukat semula secara halus rentak relatif antara “jam tindak balas mikroskopik” dan “jam penyejukan” — bersamaan regangan atau pemampatan kecil paksi masa secara seragam tanpa mengubah persamaan reaksi atau pemalar tak berdimensi.
   • Tetingkap tindakan (dua fasa utama):
     1. Pembekuan nisbah neutron/proton pada skala saat: Hanya pelarasan yang amat kecil dibenarkan untuk mengekalkan garis dasar helium-4.
     2. Fasa ratus–ribu saat (“tetingkap halangan deuterium terbuka → penghasilan berilium-7”): Berilium-7 amat sensitif terhadap tempo penyejukan dan masa tindihan reaksi; menggeser sedikit saat “hidup/mati ketuhar” akan mempersempit atau menyendeng tetingkap penghasilan paling cekapnya, lalu menurunkan hasil bersih.
   • Analoginya: Nukleosintesis piawai ibarat periuk “sup kimia” yang semakin sejuk. Penskalaan ketegangan umpama memutar pemasa dapur sedikit lebih cepat atau perlahan, lalu tempoh adunan optimum berganjak; resipi sama, waktu menghidang sedikit berubah.
2. Suntikan hingar latar: “sentuhan penamat” yang jarang, singkat dan terpilih
   • Asal-usul dan ciri: Dalam persekitaran awal yang tumpat, Zarah Tidak Stabil Terumum kerap lahir–mati; ketika terlerai, ia memercik paket gelombang lebar jalur yang berkoheren rendah. Kebanyakannya termahalang serta-merta dan larut ke dalam sejarah terma. Namun, secara statistik wujud mikro-suntikan yang amat jarang tetapi tepat waktunya.
   • Mengapa “menyasar” berilium-7: Sewaktu fasa berilium-7 mendominasi, sedikit suntikan neutron atau jalur sempit foton lembut sudah memadai untuk mengganggu berilium-7 secara pilihan tanpa menyentuh deuterium/helium-4:
     1. Laluan neutron: Be-7(n,p)Li-7, diikuti Li-7(p,α)He-4, dengan kesan akhir menurunkan litium-7.
     2. Laluan foton lembut: Bentuk spektrum sempit–lemah–singkat yang menyasar “tetingkap serapan yang lebih rapuh” bagi Be-7/Li-7 untuk “mematahkan berilium” tanpa “memasak deuterium”.
   • Kekangan tertib magnitud: Keamatan dan tempoh mesti cukup kecil supaya kekal jauh di bawah had herotan μ/y Latar Gelombang Mikro Kosmik dan kekangan unsur ringan; fungsinya hanya sebagai penamat terpilih.
   • Analoginya: Hidangan sudah hampir siap; sejurus diangkat dari api, ketuk perlahan topping yang rapuh untuk meratakan bonjolan berlebihan tanpa mengubah rasa keseluruhan.
3. Sinergi: betulkan jam dahulu, kemudian tolak perlahan
   • Langkah pertama: Penskalaan ketegangan mempersempit atau menyendeng “tetingkap” berilium-7, lalu menurunkan penghasilan asas.
   • Langkah kedua: Hingar Tempatan Ketegangan memberi sentuhan yang tepat dan lembut dalam sela masa bersebelahan untuk menekan baki berilium-7.
   • Hasil gabungan: Litium-7 jatuh ke jalur pemerhatian, manakala deuterium dan helium-4 kekal dalam julat berjaya.

III. Parameter dan sempadan (memelihara bahagian yang sudah tepat)

• Kekangan helium-4: Amplitud pelarasan pada fasa skala saat tertakluk kepada had atas yang ketat bagi mengekalkan kestabilan Yp.
• Kekangan deuterium: Masa, spektrum dan keamatan suntikan hingar latar perlu mengelak ambang yang boleh mengganggu deuterium.
• Spektrum Latar Gelombang Mikro Kosmik: Skala suntikan yang dibenarkan perlu jauh di bawah had μ/y semasa, dijangka hanya meninggalkan jejak yang sangat lemah dan sukar dikesan.
• Produk isotop sampingan: Pantau sisihan kecil dalam Li-6/Li-7 dan He-3; jika wujud, magnitudnya seharusnya setara dengan profil “sentuhan penamat yang lemah”, bukannya rombakan menyeluruh.
• Konsistensi kosmologi: Jangan mengubah pemalar tak berdimensi atau bentuk interaksi; penskalaan ketegangan hanyalah talaan kecil pada penyelarasan masa relatif.

IV. Ramalan boleh uji dan laluan semakan

• Mikroherotan Latar Gelombang Mikro Kosmik yang hampir sifar:
  Pada masa hadapan, misi spektroskopi yang lebih sensitif patut memperketat had μ/y; isyarat yang dijangka berada di bawah had semasa — hampir sifar tetapi tidak tepat sifar.
• Perbezaan halus dataran Spite rentas persekitaran:
  Jika penskalaan ketegangan ialah faktor dominan, nilai dataran litium-7 mungkin menunjukkan perbezaan sistematik yang sangat kecil antara persekitaran skala besar (filamen/nod/onggok kosong), memerlukan statistik sampel yang besar.
• Bukti sokongan bagi pemusnahan berilium-7:
  Sisihan kecil yang berkorelasi dalam Li-6/Li-7 dan He-3 mungkin muncul; perlu membezakannya dengan pemprosesan permukaan lewat peringkat bintang.
• Kovariasi lemah dengan Hingar Tempatan Ketegangan:
  Jika suntikan hingar memang berlaku, kekuatan statistiknya dijangka berkorelasi positif secara lemah dengan tahap aktiviti era awal, selaras dengan gambaran “kenaikan lantai resapan” yang dihuraikan di tempat lain.

V. Perhubungan dengan pendekatan tradisional

• Versi lebih lunak bagi idea “suntikan zarah baharu”:
  Pendekatan tradisional meletakkan suntikan sebagai kesan utama, lalu menuntut talaan halus yang ketat. Di sini, penskalaan ketegangan (pelarasan jam mikro) memikul beban utama, manakala suntikan turun taraf menjadi kesan sekunder yang sangat lemah, sekali gus melonggarkan kekangan pada spektrum produk, jangka hayat dan kelimpahan.
• Pelengkap kepada hipotesis susutan dalam bintang:
  Susutan permukaan lewat peringkat pada kadar sederhana tidak ditolak, namun tidak diperlukan sebagai satu-satunya penjelasan; jika diambil kira, ia hanya lapisan pelarasan nipis di atas “pembetulan dwilapis”.
• Serasi dengan penilaian semula kadar nuklear:
  Penambahbaikan berterusan kadar tindak balas tetap penting; dengan kompilasi terkini, mengakui kesan kecil penskalaan ketegangan bersama sentuhan penamat hingar latar sudah memadai untuk menghapus “lebihan degil” litium-7.

VI. Analogi (intuisi seharian)

Putar pemasa ketuhar + cucuk lepaskan udara perlahan
Penskalaan ketegangan seumpama memutar pemasa ketuhar sedikit laju atau perlahan supaya tempoh mengembang optimum berganjak kecil; Hingar Tempatan Ketegangan bagaikan sentuhan ringan sebelum dihidang untuk meratakan bonjolan berlebih. “Kek” utama (helium-4 dan deuterium) kekal, hanya puncak litium-7 yang terlalu tinggi direndahkan.

VII. Ringkasnya

• Perangkaan masalah: Misteri litium-7 memerlukan talaan kecil pada paksi masa dan kekuatan gangguan, bukan pembalikan menyeluruh nukleosintesis piawai.
• Perubahan utama: Penskalaan ketegangan mengalih sedikit masa “hidup/mati ketuhar” nukleosintesis primordial, lalu mengurangkan hasil litium-7 melalui saluran berilium-7 secara terpilih.
• Hiasan halus: Hingar Tempatan Ketegangan, digunakan pada sela masa yang sesuai dengan keamatan yang amat rendah, singkat dan terpilih, memangkas berilium-7 tanpa mengganggu deuterium atau helium-4.
• Keseluruhan konsisten: Kedua-dua kesan ini mengekalkan kejayaan teras model piawai sambil menawarkan laluan penyelesaian yang boleh diuji dan berwujud, selaras dengan naratif yang menghubungkan Zarah Tidak Stabil Terumum, Graviti Ketegangan Statistik dan Hingar Tempatan Ketegangan.