3月2日，国际物理学顶级期刊《物理评论快报》（Physical Review Letters）在线发表了JUNA合作组在AGB星核合成研究中取得的最新进展，论文题目为“Measurement of the 18O(α, γ)22Ne Reaction Rate at JUNA and its Impact on Probing the Origin of SiC Grains”。北京师范大学为论文的第一完成单位，王泺欢博士研究生为论文第一作者，苏俊教授为论文通讯作者。中国原子能科学研究院谌阳平副研究员、匈牙利康科利天文台Lugaro教授、中国原子能科学研究院/南方科技大学柳卫平教授为共同通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金重大项目、国家重点研发计划项目的资助，以及中国锦屏地下实验室、雅砻江流域水电开发有限公司及其下属锦屏地下实验室管理局的全力支持。

太阳系形成前的银河系演化一直是备受关注的科学问题。恒星在演化过程中抛射的物质会形成星尘颗粒，这些颗粒在星际中游荡，最终形成新的恒星、行星和陨石等。恒星和行星中的星尘颗粒因为各种原因早已不复存在，只有在陨石中包裹的星尘颗粒，数十亿年仍然保持不变。这些微米尺度的星尘颗粒携带了其出生地的关键信息，为我们了解太阳系形成前的恒星产生和演化提供了宝贵的线索。

1994年，美国芝加哥大学的Lewis等人对陨石中的SiC星尘颗粒中携带的惰性气体进行了细致的分析，发现其中Ne同位素丰度比和SiC颗粒大小有强烈的依赖关系。这些SiC颗粒被认为是来自于渐进巨星（AGB星），AGB星是中小质量恒星演化的最后阶段，宇宙中一半左右的超铁元素在AGB星中通过中子慢速俘获过程产生。因此如果能够对AGB星演化过程中产生的Ne同位素丰度进行精确的计算并与SiC颗粒分析结果进行对比，对人们深入了解太阳系形成前的AGB星演化具有重要的作用。在AGB星演化中，Ne同位素之一的22Ne主要通过18O(α, γ)22Ne反应合成。但由于关键低能共振数据存在争议，长期以来18O(α, γ)22Ne的反应率在AGB星典型温度范围（0.1-0.3 GK）内存在很大的不确定性，导致核天体物理数据无法给出精确的AGB星Ne同位素丰度比。

锦屏深地核天体物理实验（JUNA）团队在中国锦屏地下实验室（CJPL），利用全能量γ探测技术对18O(α, γ)²²Ne反应低能区共振进行了直接测量，利用高精度加速器高压对束流能量进行了精确标定，在国际上首次得到了关键共振的精确能量数据并确定了共振能级的自旋宇称，解决了长期存在的共振数据争议问题。新的实验结果将AGB星典型温区的18O(α, γ)22Ne反应率精度提高了近10倍，显著降低了该反应率在核合成计算中引入的误差，将同位素丰度预测值精度从之前的30%提高到8%左右，使得利用颗粒半径了解其起源AGB星的性质首次成为可能。

 

 

图1反应率数据对比，可以明显看出，本工作(JUNA)的结果显著提高了AGB星典型温区(0.1-0.3GK)的反应率精度。

 

 

图2：本工作(JUNA)给出的AGB星Ne同位素丰度比和SiC星尘颗粒分析数据对比。插图为采用JUNA反应率和采用之前反应率数据计算得到的 21Ne/22Ne 对比，可以看出JUNA数据显著提高²¹Ne/²²Ne的预测精度，从而将SiC颗粒大小和AGB星性质紧密关联起来。

 

 

图３、JUNA合作组在实验现场合影

JUNA合作组由中国原子能科学研究院牵头，联合中科院近代物理研究所、北京师范大学等科研单位，在清华大学、雅砻江流域水电开发有限公司等单位的大力支持下，依托中国锦屏地下实验室二期（CJPL-II）的深地实验空间，建立了锦屏深地核天体物理实验平台。JUNA实验平台于2020年底建成出束，2021年年底首批实验成果正式发布，标志着我国核天体物理实验研究步入国际先进行列，中国成为世界上第三个具备开展深地核天体物理研究的国家。

 

论文链接：https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.130.092701