研究成果

锂是太阳系中最稀有的元素之一，其同位素 ⁶Li（由3个质子和3个中子组成）和 ⁷Li（由3个质子和4个中子组成）的起源十分复杂。传统理论认为，宇宙中的大部分锂元素来自宇宙线和星际物质的碰撞，同时宇宙大爆炸产生少量的原初锂元素，低质量恒星也可能贡献部分初级 ⁷Li 成分。因此，宇宙线中锂同位素的精确测量结果对理解宇宙形成与早期演化具有重要科学意义。然而，受限于以往实验数据的不足，学界长期以来对 ⁷Li 的起源缺乏充分认识。

高研院物理分析团队基于AMS实验所收集的2300亿宇宙线数据，从中找到了97万个 ⁶Li 原子核和104万个 ⁷Li 原子核，在 1.9 GV 至 25 GV 的刚度范围内测量了锂同位素能谱。这是迄今为止能量范围最广、精度最高的宇宙线锂同位素测量结果，为探明宇宙中锂元素的起源提供了新的实验证据。

研究发现，宇宙线 ⁶Li 与 ⁷Li 同位素能谱具有几乎相同的时间演化结构。在约 4 GV 之上，⁶Li 与 ⁷Li 同位素能谱的时间演化结构与宇宙线氦、铍、硼、碳、氮及氧原子核能谱相同。此外，在约 7 GV 之上， 6Li 与 7Li 同位素能谱具有相同的刚度依赖性，这表明二者均由更重的宇宙线原子核在银河系传播过程中与星际间介质发生碰撞碎裂产生，并排除了 ⁷Li 同位素能谱中存在显著初级宇宙线组分的可能性，这是近年来宇宙线研究的重要进展。 

该研究工作由山东高等技术研究院、麻省理工学院、日内瓦大学团队主导完成，许伟伟研究员、陈尧副研究员、魏嘉辉助理研究员和李金华博士等青年科研人员作出了重要贡献。 该成果已发表于国际顶尖期刊《物理评论快报（Physical Review Letters）》，并获得PRL“编辑推荐”，著名科普杂志《物理（Physics）》对该成果进行了亮点报道。

AMS锂同位素测量结果（黄色）排除了宇宙线初级锂-7成分模型（蓝色），且AMS的测量精度也对次级锂成分模型（绿色）提出了更高的要求。