热核反应率与原初核合成

假设宇宙重子密度的最佳数值以及三种中微子味的存在，标准大爆炸核合成是一个无参数模型。评估观测到的原初丰度能否被模拟重现十分重要。大量研究表明，与观测相比，模拟将原初$^7$Li丰度高估了约$\approx 3$倍。这一差异可能由$^7$Li观测中未知的系统误差、恒星中锂消耗机制理解不足、参与锂和铍合成的热核反应率误差，或标准模型之外的物理所导致。本文我们聚焦于核物理解决方案的可能性。我们总结了关键核反应率的现状。使用最新反应率进行了大爆炸核合成模拟，并采用蒙特卡洛技术确定了预测丰度的不确定性。基于互信息度量研究了丰度与反应率之间的关联。四个反应的速率影响原初$^7$Li丰度：$^3$He($\alpha$,$\gamma$)$^7$Be、d(p,$\gamma$)$^3$He、$^7$Be(d,p)2$\alpha$以及$^7$Be(n,p)$^7$Li。我们采用遗传算法搜索这四个反应同时改变速率的可能性，以解释所有观测到的原初丰度。当在远宽于近期报道不确定度的反应速率范围内进行搜索时，未找到可接受的解。基于现有证据，我们得出结论：宇宙学锂问题具有核物理解决方案的可能性极低。