重审$^7$Be 弱相互作用与辐射跃迁速率：对原始锂问题的启示

Simone Taioli; Francesca Triggiani; Stefano Simonucci

重审$^7$Be 弱相互作用与辐射跃迁速率：对原始锂问题的启示

核理论 2026-01-21 v1 宇宙学与河外天体物理高能天体物理现象太阳与恒星天体物理计算物理

作者: Simone Taioli , Francesca Triggiani , Stefano Simonucci

摘要

标准大爆炸核合成(BBN)预测的原始 $^7$ Li 丰度与来自古老金属贫矿星的推论值相差约 3-4 倍。在标准BBN中，大部分原始 $^7$ Be 由早期宇宙产生，随后经电子俘获转化。因此， $^7$ Be 的额外生产或消耗通道(如质子俘获或反中微子俘获)可能影响最终的锂产量。我们量化了由于原位电子俘获导致的 $^7$ Be 耗尽，包括关联反中微子通道、来自核激发态的正电子衰变以及通过辐射 $^7$ Be(p,\gamma) $^8B反应的质子俘获。我们还探讨了在核统计平衡时代，由稠密光子背景诱导的激发辐射，以及将俘获能量传递至连续电子的三体类Auger变体。采用一阶扰动理论计算衰变速率，采用费米接触项对弱相互作用进行建模，并对 hadronic 与 leptonic 电流进行因子化。通过与麦克斯韦-玻尔兹曼分布卷积并考虑 10-100 keV 温度范围内的粒子密度，获得热力学平均速率。我们发现，电子俘获速率随温度迅速下降，反中微子通道的纳入显著增强了该速率。在约 87 keV 的温度下，激发辐射和等离子体筛选仅将辐射质子俘获速率提高 1-3%。Auger 类通道贡献约千分之几，随温度降低而变得可忽略。总体而言，我们的总体速率比以前的估计高出近一个数量级。电子俘获、质子俘获和正电子衰变为占主导耗尽通道$ ^7 $Be(n,p)$ ^7Li 提供了校正。

关键词

大爆炸核合成锂问题电子俘获辐射俘获 $^7$Be

引用

@article{arxiv.2601.12438,
  title  = {Revisiting $^7$Be Weak and Radiative Transition Rates in Big Bang Nucleosynthesis: Implications for the Primordial Lithium Problem},
  author = {Simone Taioli and Francesca Triggiani and Stefano Simonucci},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2601.12438},
  year   = {2026}
}

备注

20 pages, 7 figures

重审$^7$Be 弱相互作用与辐射跃迁速率：对原始锂问题的启示

摘要

关键词

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