铈是一种稀土金属，具有多种技术应用，例如在某些类型的灯泡和平板电视中。虽然这种元素在地壳中很稀有，但在宇宙中的含量略高。然而，关于它是如何在恒星中合成的，人们还知之甚少。

现在，在《物理评论快报》上发表的一项新研究中，CERN 的 n_TOF 合作研究了恒星中如何产生铈。结果与理论预期不同，表明需要审查被认为负责宇宙中铈和其他重元素产生的机制。

该研究的第一作者、INFN 南方国家实验室的西蒙·阿马杜奇 (Simone Amaducci) 解释说：“我们进行的测量使我们能够识别出以前从未在恒星中产生铈所涉及的能量范围内观察到的核共振。” “这要归功于欧洲核子研究中心实验装置的极高能量分辨率以及非常纯的铈 140 样品的可用性。”

在恒星中观察到的比铁重的元素(例如锡、银、金和铅)的丰度可以通过假设存在两种中子捕获过程：慢(s)过程和快(r)过程，以数学方式重现。

s过程对应于每立方厘米1000万个中子通量，而r过程对应于每立方厘米超过100亿个中子通量。理论上，这个过程会产生宇宙中大约一半比铁重的元素，其中包括铈。

CERN 的中子飞行时间设施 (n_TOF) 旨在研究中子相互作用，例如恒星中发生的中子相互作用。在这项研究中，科学家们利用该设施测量了铈 140 同位素与中子的核反应，产生同位素 141。

根据复杂的理论模型，这种特殊的反应在恒星重元素的合成中起着至关重要的作用。具体来说，科学家们观察了反应的横截面：表示反应发生概率的物理量。科学家们在各种能量下测量了横截面，精度比之前的测量提高了 5%。

这些结果提出了有关宇宙化学成分的新问题。提出该实验的 INAF 阿布鲁佐天文台的塞尔吉奥·克里斯塔洛 (Sergio Cristallo) 解释说：“一开始引起我们兴趣的是理论恒星模型与人马座 M22 球状星团恒星中铈的观测数据之间的差异。”

“新的核数据与当前使用的核数据库中的数据存在显着差异，高达 40%，绝对超出了估计的不确定性。”

这些结果具有显着的天体物理学意义，表明 s 过程对宇宙中铈丰度的贡献减少了 20%。这意味着铈核合成理论需要进行范式转变：在恒星演化的计算中需要考虑目前未包括的其他物理过程。

此外，新数据对科学家对星系化学演化的理解产生了重大影响，这也影响了宇宙中较重元素的产生。

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