【大紀元2026年08月26日訊】（大紀元記者薛止墨編譯報導）黃金、白金與鈾這些珍貴的重元素究竟從何而來？這個謎題困擾了天體物理學與核物理學界數十年。近期，德國達姆施塔特工業大學（TU Darmstadt）的研究團隊在重元素起源的探索上取得重大突破，研究成果已於發表於《物理領域快報》（Physical Review Letters）。
宇宙中的極端煉金場：快速中子捕獲過程
宇宙中比鐵重的元素，約有一半是透過所謂的快速中子捕獲過程（r-process，簡稱r-過程）所產生。這種過程只會發生於極端的天體物理環境中，例如兩顆中子星相互碰撞合併時。在此類劇烈事件中，原子核會遭受極高濃度的中子流轟擊，以極快速度吸收中子並經歷衰變，從而逐步累積成越來越重的元素。
然而，研究r-過程長期面臨一項重大挑戰：過程中涉及的許多原子核都屬於極度富含中子（neutron-rich）的奇特核種。這些核種衰變極快，絕大多數無法在地球上的實驗室中人工製造與測量。科學家過去只能仰賴理論模型進行外推，但當模型應用於遠離穩定線（line of stability）的未知區域時，預測結果往往存在巨大的不確定性。即使有FAIR（歐洲反物質與離子研究中心）或GSI（黑森重離子研究中心）等先進的大型加速器設施，許多關鍵同位素依然無法透過實驗觸及。
達姆施塔特工業大學理論天體物理學家阿爾科內斯（Almudena Arcones）教授解釋說：「這項研究證明，將最新實驗數據與最先進的理論模型相結合，是突破富中子核種關鍵區域研究瓶頸的最佳途徑。這些精密計算能為未來的實驗指明方向，協助科學家鎖定最關鍵的同位素進行量測。」
從基本物理出發：第一原理核質量計算
為了克服理論模型的預測偏差，研究團隊首次採用了基於第一原理（ab initio）計算出的核質量數據。與傳統偏向經驗公式的核模型不同，第一原理方法直接建立在質子與中子之間的最基本交互作用（核力）之上，並且能夠系統性地量化理論模型帶來的不確定性。
研究團隊成員宮城宇志（Takayuki Miyagi）與許溫克（Achim Schwenk）運用價空間介質內相似性重整化群（VS-IMSRG）方法，精準計算了中子魔數N = 82附近區域共70個極具代表性原子核的物理性質。這個區域是形成r-過程「第二豐度峰」（second abundance peak）的核心——該峰值代表了全宇宙中普遍觀測到的特定重元素聚集特徵。
隨後，研究人員將這些全新的第一原理核質量數據納入大規模的核合成（nucleosynthesis）模擬中，重新評估中子星合併事件中的元素生成進程。
物質流動減速：金與白金的生成周期延長
模擬結果帶來了意料之外的發現：新計算出的精確核質量對r-過程中的物質流動產生了比預期更強烈的「減速作用」。
累積時間延長：物質在核素圖特定區域的滯留時間增加，延緩了後續更重元素（如金、白金等）的合成進度。
豐度峰值修訂：研究預測r-過程的第二豐度峰將比舊模型預測的更加顯著，而第三豐度峰的位置則發生了偏移。
研究第一作者庫斯克（Jan Kuske）指出：「研究結果顯示，即使核質量僅出現極為微小的變化，也足以顯著改變我們對宇宙重元素豐度預測的認知。」他是在阿爾科內斯教授研究群中攻讀博士學位期間進行這項研究的。
數據對比與理論躍升
| 比較項目 | 傳統核模型預測 | 本研究（第一原理 VS-IMSRG） |
| 計算基礎 | 依賴經驗參數外推 | 基於質子與中子間的基本交互作用（第一原理） |
| 不確定性 | 缺乏系統性的理論誤差量化 | 具備精確量化的理論不確定性 |
| 物質反應速率 | 假設較快的核反應與物質流動速度 | 發現物質流動受阻，反應速度比預期更慢 |
| 元素豐度預測 | 第二峰較平緩，第三峰位置較偏 | 第二峰顯著增高，第三峰位置發生偏移 |
為未來實驗與宇宙演化研究指引新方向
研究團隊強調，即使全球下一代大型粒子加速器陸續啟用，許多參與r-過程的極端富中子核種在物理上仍將難以於實驗室中生成。因此，高精度的理論模型將扮演不可或缺的角色。
這項研究成功證明，第一原理核結構計算如今已邁入成熟期，不僅能解開微觀核力的奧祕，更能直接應用於天體物理模擬，為我們揭開宇宙中貴重金屬與重元素起源的真面目。◇
責任編輯：李琳#
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