近日，由原子能院核物理研究所實驗核天體物理創新團隊開展的“關于核心塌縮型超新星的中微子過程對太陽系p-過程核74Se豐度影響的研究”取得重要突破。研究發現，太陽系中的74Se可能來源于超新星爆發過程中的74Ge(νe, e-)74As和74Ge(p, n)74As(砷)反應，這為解釋太陽系74Se(硒)豐度作出重要貢獻。該研究成果被國際知名期刊《The Astrophysical Journal》(美國《天體物理學雜志》)接收發表，論文作者為原子能院核物理研究所李志宏研究員和宋娜博士。

宇宙中重元素的起源一直是核天體物理中極為重要的科學問題之一，被美國《發現》雜志列為當代物理學的11個未解之謎之一。通常，大多數比鐵重的核素可由快中子俘獲過程或慢中子俘獲過程來解釋，然而有35個豐質子核卻不能通過中子俘獲過程產生，其中對于最輕的核74Se來說，無論是模型計算還是實驗測量，都無法合理解釋其在太陽系中的豐度。

超新星爆發時產生的中微子沖擊波與外層物質作用示意圖

作為推動大質量恒星走向死亡的“謝幕儀式”，核心塌縮型超新星爆發過程可產生極其強大的中微子沖擊波，這些高通量的中微子在向外噴發時會與恒星外層物質發生反應，能改變外層物質的元素豐度。而通過中微子核反應74Ge(νe, e-)74As產生的74As，有34%的概率衰變為74Se，或許可成為解釋太陽系74Se來源的一種途徑。

2020年10月以來，在李志宏研究員的指導下，宋娜開始研究核心塌縮型超新星的中微子過程對74Se豐度的影響。他們分別利用理論和實驗得到的躍遷強度，計算了中微子核反應74Ge(νe, e-)74As的反應截面，并結合核心塌縮型超新星的爆發機制，進一步得出“中微子核反應貢獻的74Se僅占太陽系74Se的36%”的計算結果。為了解釋所有74Se的來源，他們發現中微子沖擊波產生的高溫也能觸發光核反應，并生成大量質子，當質子密度達到一定條件時，會誘發74Ge(p, n)74As反應，產生足夠多的74As，并影響74Se的最終豐度，進而彌補了僅由中微子核反應貢獻74Se的占比不足。

本項工作得到了國家基金委重大項目和財政部穩定支持等項目的資助。