本文關鍵詞：宇宙鋰問題的研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：根據(jù)大爆炸理論人們可以預言早期宇宙產(chǎn)生的D,3He,4He和7Li的豐度。理論預測的D,3He,4He豐度值與天文觀測值符合的很好,但是7Li的預測值卻是觀測值的3倍,此即宇宙鋰問題。為了解決這個懸而未決的問題,人們投入巨大的精力,但是傳統(tǒng)核物理方面的努力似乎是徒勞無功。這一長期存在的問題促使人們引入各種各樣的奇異宇宙模型來理解我們早期的大爆炸核合成圖像,例如引入標準模型外的新粒子和作用。本論文第一個工作是研究非廣延統(tǒng)計對大爆炸輕元素豐度的影響。通常人們認為宇宙初期等離子體滿足經(jīng)典的麥克斯韋-玻爾茲曼速度分布。然而,在極端高溫的復雜天體環(huán)境下,這一分布是否成立值得研究。在非廣延統(tǒng)計(Tsallis統(tǒng)計)構架內(nèi),我們利用廣義速度分布來描述原初等離子體,進而研究其對大爆炸輕元素豐度的影響。廣義分布是由非廣延參數(shù)q來刻畫,當q=1時,非廣延速度分布則退化為經(jīng)典的麥克斯韋-玻爾茲曼分布。我們經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)當非廣延參數(shù)1.063q1.082時,D,4He和7Li的豐度預測值與天文觀測值符合的都很好。因此,我們首次在標準模型框架下找到了一種解決宇宙鋰豐度問題的新方法。論文第二個工作是對7Be(n,α)4He反應率的研究。7Be(n,α)4He作為大爆炸核合成中破壞7Be第二重要的反應,其熱核反應率迄今都沒有進行過很好的研究。當前BBN模擬以及反應率數(shù)據(jù)庫采用的依舊是1969年首次由Wagoner估算的反應率。然而,該反應率只是對直接反應貢獻的一個簡單估計,后來的實驗表明共振貢獻也應包括在內(nèi)。我們基于已有的4He(α,n)7Be和4He(α,p)7Li截面數(shù)據(jù),利用電荷對稱原理和細致平衡原理,重新計算了7Be(n,α)4He的反應率。新的反應率只有Wagoner的約1/10。我們所作大爆炸核合成模擬表明,相對于采用Wagoner反應率,采用更新后的反應率僅僅會對7Li的產(chǎn)額有1.2%的增量,這使得鋰問題變得更加糟糕。另外,模擬顯示新的反應率使得該反應在破壞7Be的作用上從第二位降到第三位,而7Be(d,p)24He反應上升到第二位。值得注意的是,在非標準BBN模型中,7Be(n,α)4He反應率對于解決鋰豐度問題很重要,需要進一步研究。
【關鍵詞】：大爆炸核合成 反應率 非廣延統(tǒng)計 原初豐度 宇宙鋰問題
【學位授予單位】：中國科學院研究生院（近代物理研究所）
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：P148
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-8
• ABSTRACT8-10
• 目錄10-13
• 第一章 引言13-22
• 1.1 宇宙鋰問題的研究背景和意義13-15
• 1.2 ~7Li問題的研究現(xiàn)狀15-19
• 1.2.1 天文觀測可能存在問題15-16
• 1.2.2 核反應率不精確16-17
• 1.2.3 標準模型外的解17-19
• 1.3 本論文思路及研究方法19
• 1.4 論文結構安排19-22
• 第二章 宇宙演化22-33
• 2.1 標準的宇宙模型22-27
• 2.1.1 宇宙大尺度的均勻性和各向同性22-23
• 2.1.2 宇宙膨脹23-24
• 2.1.3 Robertson-Walker度規(guī)24-25
• 2.1.4 愛因斯坦引力場方程25
• 2.1.5 宇宙膨脹動力學方程25-27
• 2.2 早期宇宙的熱演化27-33
• 2.2.1 早期宇宙的成份27-28
• 2.2.2 宇宙的演化簡史28-29
• 2.2.3 粒子退耦29-30
• 2.2.4 微波背景輻射的發(fā)現(xiàn)30-33
• 第三章 原初核合成33-49
• 3.1 原初核合成簡介33-36
• 3.1.1 T ≥1 Me V階段33-34
• 3.1.2 T =0.3-0.1 Me V階段34-36
• 3.2 原初核合成模型36-41
• 3.2.1 基本概念36-37
• 3.2.2 膨脹動力學方程37-38
• 3.2.3 重子守恒38
• 3.2.4 宇宙成電中性38
• 3.2.5 能量守恒38-40
• 3.2.6 大爆炸網(wǎng)絡方程40-41
• 3.3 基本物理輸入41-43
• 3.3.1 宇宙熱動力學量41-42
• 3.3.2 η，初始豐度值，核反應率42-43
• 3.4 網(wǎng)絡方程數(shù)值解法43-49
• 3.4.1 歐拉法43
• 3.4.2 剛性微分方程組43-44
• 3.4.3 牛頓辛普森迭代法44-46
• 3.4.4 統(tǒng)計平衡解法46-49
• 第四章 非廣延統(tǒng)計49-60
• 4.1 玻爾茲曼-吉布斯熵49-50
• 4.2 非廣延統(tǒng)計50-54
• 4.2.1 Tsallis熵51-53
• 4.2.2 推廣的Khinchin公理53-54
• 4.3 非廣延分布函數(shù)54-58
• 4.3.1 非廣延分布函數(shù)形式的導出54-58
• 4.4 非廣延統(tǒng)計在天體環(huán)境中應用58-60
• 第五章 天體反應率60-76
• 5.1 經(jīng)典分布下的反應率60-64
• 5.1.1 非共振反應(直接反應)61-63
• 5.1.2 共振反應63-64
• 5.2 非廣延分布下的天體反應率64-76
• 5.2.1 非廣延分布下反應率的形式64-65
• 5.2.2 帶電粒子反應65-68
• 5.2.3 中子反應68-70
• 5.2.4 非廣延分布下的逆反應率70-76
• 第六章 宇宙鋰豐度問題及非廣延分布解決方案76-94
• 6.1 恒星化學豐度76-79
• 6.1.1 譜線的等值寬度77-78
• 6.1.2 恒星大氣模型78-79
• 6.2 大爆炸輕元素豐度的觀測與理論預測79-86
• 6.2.1 BBN遺留核素的觀測80-84
• 6.2.2 BBN輕元素豐度理論預測84-86
• 6.2.3 宇宙鋰問題86
• 6.3 宇宙鋰問題的非廣延解86-94
• 6.3.1 BBN中重要的核反應87-88
• 6.3.2 重要反應的核反應截面88-91
• 6.3.3 ~7Li問題新解決方案91-94
• 第七章 ~7Be(n,α)~4He天體反應率的新研究94-104
• 7.1 ~7Be(n,α)~4He反應率的研究現(xiàn)狀94-96
• 7.1.1 Wagoner反應率的來源95-96
• 7.2 新的7Be(n,α)4He反應率96-102
• 7.2.1 基本思想96-98
• 7.2.2 ~7Be(n,α)~4He反應截面的導出98-102
• 7.3 大爆炸模擬102-104
• 第八章 結論與展望104-106
• 8.1 結論104-105
• 8.2 展望105-106
• 參考文獻106-119
• 發(fā)表論文119

【參考文獻】

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 吳開謖;天體相關的輻射俘獲反應和s—過程網(wǎng)絡方程及中子源研究[D];中國原子能科學研究院;2003年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 侯素青;大爆炸動力學方程的研究與計算[D];北京化工大學;2010年

  本文關鍵詞：宇宙鋰問題的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：274815