The cosmological lithium problem, varying constants and the $H_0$ tension
在这项工作中，我们表明，宇宙学的锂问题和$H_0$张力可以缓解在同一时间，通过允许的基本常数的变化。以精细结构常数、希格斯真空期望值和牛顿常数为自由参数，计算了大爆炸核合成过程中轻元素的原始丰度。利用丰度的观测数据，我们对基本常数的变化进行了约束。用有效相对论性粒子数对结果的解释给出了$N_{\rm eff}=4.04\pm0.12$。如果考虑到这个$N_{\rm eff}$外推{ \sffamily Planck}的拟合，那么推断出的哈勃常数的值会移动到$H_0=(71.85\pm0.77)\,\text{km}\,\text{s}^{-1} \text{Mpc}^{-1}$，与当前的直接测定相兼容。
2021-07-05 astro-ph.CO hep-ph
Metastable GeV-scale particles as a solution to the cosmological lithium problem
7 Li的观测与大爆炸核合成（BBN）中的丰度预测之间的持续差异已经成为标准宇宙学和天体物理学图像的挑战。我们指出，GeV尺度的亚稳粒子X的衰变可能会显着降低BBN值下降到一个水平，在该水平上，它是与观测相协调。当衰变发生在带电的π介子和K介子上时，最有效的还原发生在它们与质子的电荷交换反应之后。类似地，如果X衰变为μ子，次级电子反中微子也会产生类似的效应。我们认为这些机制在不同类别的新的GeV尺度部门的可行性，并发现几个最小的扩展标准模型与亚稳矢量和/或标量粒子是能够解决宇宙学锂问题。这样的光态可能是解释最近宇宙射线异常的关键，并且可以在各种高强度中等能量实验中寻找。
2010-07-12 astro-ph.CO hep-ph
A loophole to the universal photon spectrum in electromagnetic cascades: application to the "cosmological lithium problem"
光子背景上的电磁级联的标准理论预测了由此产生的非热光子谱的准普适形状。这已经被应用到非常不同的领域，包括非热大爆炸核合成（BBN）。然而，一旦注入的光子的能量下降到对产生阈值以下，光谱形状就会非常不同，这是过去文献中忽略的事实。这个漏洞可能有重要的现象学后果，因为它一般改变了BBN边界上的非热遗迹：例如，它允许重新打开的可能性，纯电磁解决方案的所谓的“宇宙学锂问题”，这被认为是排除在其他宇宙学约束。我们证明了这一点的原理的例子和一个简单的粒子物理模型，与以前的文献相比。
2015-03-04 astro-ph.CO hep-ph
Cosmological solutions to the Lithium problem: Big-bang nucleosynthesis with photon cooling, $X$-particle decay and a primordial magnetic field
在BBN中计算的$^7$ Li丰度与从CMB功率谱拟合得到的重子-光子比是固定的，这与在贫金属晕星表面观察到的锂丰度不一致。以前提出的解决这个$^7$ Li问题的宇宙学解决方案包括光子冷却（可能通过标量粒子的玻色-爱因斯坦凝聚）或长寿命$X-$粒子（可能是次轻的超对称粒子）的衰变。在本文中，我们重新分析这些解决方案，无论是单独的和一致的。我们还介绍了原始磁场（PMF）到这些模型的可能性。我们约束的$X-$粒子和PMF参数所观察到的轻元素丰度使用的可能性分析，以表明，包括所有三种可能性导致锂问题的最佳解决方案。我们推导出了PMF中$X-$粒子参数和能量密度的允许范围，可以解决$^7$ Li问题。
2014-06-30 astro-ph.CO hep-ph
Resonant enhancement of nuclear reactions as a possible solution to the cosmological lithium problem
目前宇宙学锂丰度的理论预测与观测推断的值之间存在显著差异，其中大部分是在大爆炸期间以Be 7产生的。我们调查是否共振增强的Be 7燃烧反应可以减轻这种差异。我们在B 9中发现了一个窄核能级，E_{5/2^+} \simeq 16.7 MeV，该能级在实验上没有得到充分的研究，并且仅比Be 7 +d阈值高\sim 200 keV，这可能导致Be 7（d，γ）B 9和Be 7（d，p）αα反应的共振增强。我们确定了导致宇宙学锂丰度显著减少的氘分离宽度Γ d与共振能量范围E_r之间的关系，发现（E_r，~Γ_{d}）\simeq（170-220，~10-40）keV可以消除电流差异。只有当电子进入通道的相互作用半径非常大时，才能在该共振能量下获得如此大的宽度，a_{27} \ge 9 fm。我们的研究结果还表明，在专门的核实验和理论工作，以澄清所发挥的作用，这种共振，目前保守的BBN预测锂丰度应携带显着更大的误差棒，[Li 7/H]_{ \rm BBN} =（2.5-6）\times 10^{-10}。
2009-06-24 astro-ph.CO hep-ph nucl-th
The Cosmological Lithium Problem Revisited
在简要回顾了宇宙学锂问题之后，我们报告了我们在德克萨斯A&M大学（商业与学院站）的小组最近试图找到理论解决方案的一些尝试。我们将讨论我们的研究对电子屏蔽的理论描述，平行宇宙的暗物质的可能存在，以及在大爆炸核合成时期使用非广泛的统计。最后，我们讨论了核物理领域内可能的解决方案。最近的测量的影响，相关的核反应截面的大爆炸核合成的间接方法的基础上进行评估。虽然我们的尝试可能无法解释观测到的理论和观测之间的差异，他们建议的理论发展，也可以用于恒星核合成。
2016-03-12 astro-ph.CO nucl-ex nucl-th
Cosmological Lithium Solution from Discrete Gauged Baryon Minus Lepton Number
本文提出通过规范重子数减轻子数破缺产生的宇宙弦，以类 Callan-Rubakov 效应将质子转化为正电子，从而在大爆炸核合成后瓦解原初锂核，为解决宇宙学锂问题提供首个具有微观物理依据的新物理机制。
2023-09-20 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Light Dark Matter: A Common Solution to the Lithium and ${H_0}$ Problems
目前，标准宇宙学模型面临着早期和晚期宇宙学时间观测之间的一些紧张和差异。其中之一涉及众所周知的$H_0$ -张力问题，即，a $\sim4.4σ$ -哈勃常数$H_0$的早期估计值和晚期测量值之间的差值。另一个令人困惑的问题在于宇宙学上的锂丰度，在那里，局部测量再次不同于大爆炸核合成（BBN）预测的结果。在这项工作中，我们表明，光暗物质生产的机制可能持有这些问题的答案。如果暗物质粒子足够轻，并且其中一小部分是与光子非热结合产生的，那么这种机制正好可以在不破坏其他BBN预测的情况下摧毁锂。此外，它产生足够的辐射，导致更大的$H_0$值，调和早期和晚期的哈勃膨胀率测量，而不会在宇宙微波背景光谱中留下相当大的光谱失真。
2019-12-11 astro-ph.CO hep-ph
The cosmological lithium problem
Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais（巴西国家空间研究所）
本文通过结合化学演化与层级结构形成模型，证明原初核合成与Spite plateau锂丰度观测无矛盾，并揭示Pop III恒星形成特征。
2025-08-13 astro-ph.CO
Nuclear Reaction Uncertainties, Massive Gravitino Decays and the Cosmological Lithium Problem
本文研究了核反应速率的不确定性对大爆炸核合成（BBN）过程中或之后不稳定粒子衰变的宇宙学约束的影响。我们确定的核反应，由于非热强子是最重要的扰动标准BBN，然后量化的不确定性，在这些反应和轻元素丰度。这些结果还表明，改进的截面数据将允许不同的轻元素丰度被更准确地确定的关键核过程，从而使可能更精确的探测BBN和宇宙学的不稳定粒子的约束评估。将此分析应用到不稳定引力子衰变为中性子的模型中，我们计算了当前测量的轻元素丰度的似然函数，同时考虑到当前在确定相关核反应速率时的实验误差。我们发现了一个引力子质量和丰度的区域，在这个区域中，氘、He 4和Li 7的丰度可能符合chi ^2 = 5.5，而如果引力子衰变的影响不重要，则符合chi ^2 = 31.7。当锂丰度取自球状星团数据时，最佳拟合解提高到chi ^2 ~ 2.0。如果要为宇宙学Li 7问题提供一个完整的解决方案，就需要对观测到的轻元素丰度和/或核反应速率进行重新评估。
2010-07-23 astro-ph.CO hep-ph
Non-Extensive Statistics, New Solution to the Cosmological Lithium Problem
在原始的大爆炸核合成（BBN）中，只有最轻的核素（D、$^3$ He、$^4$ He和$^7$ Li）以可观的数量被合成，这些遗迹为我们提供了了解早期宇宙的独特窗口。目前，BBN模拟给出的理论和观测到的D和$^4$ He丰度之间的一致性是可以接受的，但它仍然很难调和预测的$^7$ Li丰度与观测的星系晕星。BBN模型高估了原始$^7$锂的丰度约三倍，即所谓的宇宙学锂问题，这是BBN中一个长期悬而未决的问题。在过去的几十年里，人们付出了巨大的努力，然而，常规核物理似乎无法解决这个问题。大爆炸等离子体中原子核的速度分布通常被假定为经典的麦克斯韦-玻尔兹曼（MB）分布。在这项工作中，我们已经彻底调查的影响，非广泛的Tsallis统计（偏离MB）热核反应速率参与标准模型的BBN。结果表明，通过引入非广延参数$q$，预测的D、$^4$ He和$^7$ Li的原始丰度与观测值吻合得很好.我们发现，在大爆炸等离子体中，原子核的速度确实违反了经典的Maxwell-Boltzmann（MB）分布，其偏差很小，约为6.3- 8.2%。因此，我们第一次在没有引入任何神秘理论的情况下找到了宇宙学锂问题的新解决方案。此外，还应探索其他外来高温和高密度天体物理环境中非广延统计的含义，这可能为重元素的核合成提供新的见解。
2014-12-22 astro-ph.CO nucl-th
The GALAH Survey: A new constraint on cosmological lithium and Galactic lithium evolution from warm dwarf stars
锂在宇宙中的贫化和富集尚未得到很好的理解。为了帮助收紧对恒星和星系演化模型的约束，我们提出了迄今为止最大的高分辨率分析锂丰度A（Li），结果超过10万GALAH场恒星跨越有效温度$5900\,\mathrm{K} \lesssim \rm{T_{eff}} \lesssim7000\,\mathrm{K}$和金属丰度$-3 \lesssim \rm[Fe/H] \lesssim +0.5$。我们将这些恒星分为两组，分别位于所谓的Li dip的温暖和凉爽一侧，这是Kiel图中锂严重耗尽的局部区域。我们发现这两组恒星在A（Li）-[Fe/H]平面上显示出相似的趋势，但A（Li）的偏移量大致恒定为0.4 dex，温暖的组具有更高的Li丰度。在$\rm[Fe/H]\gtrsim-0.5$，随着金属丰度的增加，锂丰度的显着增加在两个群体中都是明显的，这标志着显着的银河系生产的开始。在较低的金属丰度下，冷群中的恒星位于Spite平台上，相对于大爆炸核合成（BBN）预测的原始值，锂减少了约0.4 dex。然而，在[Fe/H] = -1.0和-0.5之间的温暖组中的恒星形成了一个升高的平台，这在很大程度上与BBN预测一致。这可能表明这些恒星实际上保存了宇宙早期产生的原始Li。
2020-06-09 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.SR
Gravitino Decays and the Cosmological Lithium Problem in Light of the LHC Higgs and Supersymmetry Searches
我们以前研究过大爆炸核合成（BBN）过程中或之后引力子衰变对轻元素丰度的影响。我们发现了引力子质量m_{3/2}和丰度zeta_{3/2}平面的区域，在这些区域中，它的衰变可以使Li 7的计算丰度与观测值相一致，而不会对其他轻元素的丰度产生不可接受的干扰。在这里，我们重新审视这个问题，根据LHC测量的希格斯质量和超对称模型参数的约束，以及更新的轻元素丰度的天体物理测量。除了约束最小的超对称扩展的标准模型与通用软超导破缺质量在大统一尺度（CMSSM）研究以前，我们还研究了模型的普遍性低于大统一尺度和模型与非通用希格斯质量（NUHM 1）。我们计算总的似然函数的轻元素丰度，考虑到观测的不确定性。我们发现，引力子衰变为宇宙学Li 7问题提供了一个沿着（m_{3/2}，zeta_{3/2}）平面中的条带的稳健解，沿着这些条带，氘、He 4和Li 7的丰度可以符合chi ^2_min < 3，而如果引力子衰变的影响不重要，则符合chi ^2 ~ 34。当放宽D/H的不确定性时，似然函数的最小值降低到chi ^2 < 2，而当锂丰度取自球状星团数据时，最小值降低到chi ^2 < 1。
2013-05-14 astro-ph.CO hep-ph
Resonant Destruction as a Possible Solution to the Cosmological Lithium Problem
我们探讨了一个核物理分辨率之间的差异预测标准大爆炸核合成（BBN）丰度7 Li和它的观测测定贫金属恒星。假设重子-光子比eta_wmap由WMAP确定，理论7 Li丰度比观测值大3-4倍。如果由于新的核反应通道或对现有通道的向上修正而发生A=7同位素的额外破坏，则7 Li问题可以在标准BBN图片内解决。这可以通过错过共振核反应来实现，这是我们在这里考虑的可能性。我们发现了一些潜在的候选共振，可以解决锂的问题，并指定其所需的共振能量和宽度。例如，10 C的1^-或2^-激发态位于其基态之上约15.0 MeV，有效宽度为10 keV，可以解决7 Li问题;这种激发态的存在需要实验验证。使用已知状态的其他示例包括7 Be +t \rightarrow 10 B（18.80 MeV）和7 Be +d \rightarrow 9 B（16.71 MeV）。对于所有这些状态，需要大的沟道半径（α> 10 μ m）以给出足够大的宽度。这些反应强度的实验测定需要排除或确认锂问题的这些核物理解决方案。
2011-03-25 astro-ph.CO hep-ph nucl-th
Breaking Be: a sterile neutrino solution to the cosmological lithium problem
所谓的“锂问题”，即假设标准核合成的原始$^7$ Li的理论丰度与从天体物理测量推断的值之间的不一致，可以通过非热BBN机制解决的可能性已经由几位作者进行了研究。特别地，已经表明，MeV质量粒子的衰变，例如，BBN之后衰变的无菌中微子不仅解决了锂问题，而且满足宇宙学和实验室的限制，使得这种情况值得进一步详细研究。在本文中，我们结合当前的数据，包括普朗克2015年测量的温度和偏振各向异性的CMB，光谱失真的FIRAS限制，天体物理测量的原始丰度和实验室的限制，约束模型的参数。我们发现质量为$M_S=4.35_{-0.17}^{+0.13}\,MeV$（在$95\%$ c.l.）的无菌中微子，衰减时间$τ_S=1.8_{-1.3}^{+2.5}\cdot 10^5\,s$（在$95\%$ c.l.）和初始密度$\bar{n}_S/\bar{n}_{cmb}=1.7_{-0.6}^{+3.5}\cdot 10^{-4}$（在$95\%$ c.l.）以CMB光子数密度为单位，完美地解释了预测和观测到的$^7$ Li原始丰度之间的差异。该模型还预测了在$95\%$ c.l.下，CMB解耦$ΔN_{eff}^{cmb}\equiv N_{eff}^{cmb}-3.046=0.34_{-0.14}^{+0.16}$时相对论自由度的有效数目的增加。所需的无菌中微子丰度与宇宙的标准热历史不相容，但可…
2016-11-02 astro-ph.CO hep-ph
Primordial nucleosynthesis with varying fundamental constants: Degeneracies with cosmological parameters
作为热大爆炸模型基石的原始核合成的成功受到长期存在的锂问题的限制。最近的工作提出了一个自洽的微扰分析的影响，在自然界的基本常数的变化对原始核合成的大统一理论模型的广泛的类，表明这种模型提供了一个可能的解决方案，锂的问题，提供的值的精细结构常数$α$在核合成时期是大于目前的实验室一个由几个百万分之一的相对变化。在这里，我们扩展了早期的分析，专注于如何这个首选值的$α$的影响，如果相关的宇宙学参数也允许变化-特别关注重子-光子比，中微子的数量，和中子寿命。我们用在这类大统一理论中解决锂问题所需的这些参数的值来重新表述锂问题，从而得到与其他实验结果相差几个标准差的值。使用这些实验结果作为分析中的先验，我们发现，更大的值的$α$仍然是优选的，证实了我们以前的结果。通过从分析中排除锂，我们还获得了在原始核合成时期$α$的可能变化的上限。在2 σ水平上，如果没有核物理学、宇宙学或原子钟先验知识，这些是$|Δα/α|<50$ ppm，或者如果使用这些先验知识，则是$|Δα/α|<5$ ppm。虽然锂问题最简单的解决方案可能在观测天体物理学中找到，但我们的工作表明，改变基本常数仍然是一个可行的选择。
2020-12-18 astro-ph.CO hep-ph
New Insight Concerning Primordial Lithium Production
本文针对“宇宙学锂问题”，提出在核合成过程中修改0.43-0.91 GK范围的时间-温度关系，在不使氘丰度最大化的前提下降低了锂-7丰度，并指出分析贫金属恒星锂丰度时必须考虑对原初核合成的修改。
2024-04-28 astro-ph.CO
The lithium content of omega Centauri. New clues to the cosmological Li problem from old stars in external galaxies
WMAP卫星测量的宇宙锂丰度与标准大爆炸核合成理论的预测相结合，与在贫金属晕矮星（所谓的Spite高原）中测量的恒定锂丰度之间出现了差异。有几种模型被提出来解释这种差异，涉及新的物理学，原位耗尽，或在原始星系中的大质量第一代恒星的有效耗尽锂。通过观察不同星系中经历不同演化历史的恒星星族，可能性的范围可能会大大缩小。WCen恒星系统通常被认为是被银河系吸积的矮星系的残余。我们调查了这个对象中的一个显着的未进化的恒星样本的锂含量。利用FLAMES-GIRAFFE/VLT摄谱仪获得了91颗主序星/早亚巨星分支（MS/SGB）WCen星的中等分辨率（R=17000）光谱。Li丰度通过匹配LiI共振双峰在6708 A的等效宽度来获得，以预测用不同Li丰度计算的合成光谱。使用SYNTHE代码以及ATLAS 9模型大气计算合成光谱。恒星的有效温度是通过拟合的哈线的翅膀与合成的配置文件。我们得到WCen MS/SGB星的平均含量A（Li）=2.19+-0.14~dex。这与在具有类似金属丰度和温度的星系晕场星中观察到的情况相当。Spite高原似乎是古老、温暖的贫金属恒星的普遍特征。如果我们接受目前关于WCen起源的观点，它也存在于外部星系中。这意味着导致“宇宙学锂问题”的机制在MW和其他星系中可能是相同的。
2010-08-11 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.SR
Search for new resonant states in 10C and 11C and their impact on the cosmological lithium problem
在贫金属晕星中观察到的原始7 Li丰度比大爆炸核合成（BBN）计算值低约3倍。最近的一些研究表明，这种差异可能源于缺少共振反应，而共振反应会破坏7 Be，7 Li的母体。发现的最有希望的候选共振包括由7 Be +3 He形成的复合核10 C中的15 MeV附近的可能错过的1-或2-窄态和由7 Be +4 He形成的复合核11 C中的接近7.8MeV的状态。在本工作中，我们研究了在35 MeV入射能量下，10 B（3 He，t）10 C和11 B（3 He，t）11 C反应中10 C的高激发能区和11 C的低激发能区。我们对10 C的结果不支持7 Be +3 He作为7 Li问题的可能解决方案。关于11 C结果，数据显示在感兴趣的激发能区域中没有新的共振，这排除了7 Be +4 He反应通道作为7 Li不足的解释。
2013-12-03 astro-ph.CO nucl-ex
The cosmic lithium problem: an observer's perspective
利用WMAP导出的宇宙学常数，标准大爆炸核合成（SBBN）预言了4He、3He、D、6Li和7Li等轻元素的原始丰度。这些预测与观测结果令人满意地一致，除了锂，它在古老的暖矮星中显示出大约3倍的丰度。在不同的恒星演化阶段，这种脆弱元素的耗尽可能由几个物理过程产生，这里将简要回顾一下，它们似乎都没有以完全令人信服的方式再现所观察到的耗尽模式。
2012-08-10 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.SR
Impact of Neutrino Properties and Dark Matter on the Primordial Lithium Production
7Li以下的轻元素是在标准条件下由早期宇宙的标准大爆炸核合成（SBBN）产生的。所有观察到的这些轻元素的原始丰度都与SBBN预测的非常匹配，除了7Li似乎是过度生产。由于影响锂丰度的各种可能性，解决这种差异是相当具有挑战性的。在目前的工作中，我们专注于非标准的可能的解决方案，如化学势和中微子温度的变化。此外，还分析了暗物质的影响。我们发现，包括这些非标准的假设有助于减少锂的丰度由SBBN预测。我们认为这可能是解决锂问题的一个可能步骤。
2019-01-11 astro-ph.CO
Non-Thermal Cosmic Rays During Big Bang Nucleosynthesis to Solve the Lithium Problem
原始锂丰度的理论预测与天文观测之间的差异被称为锂问题。我们发现，在大爆炸核合成过程中，来自非热氢和氦的额外贡献可以解释Li-7和Li-6的差异，并且只会改变氘丰度很小。示出了这样的非热粒子量的允许参数空间和能量范围。该假设是稳定的，无论相关反应的横截面的不确定性和明确的形状的能谱。
2018-01-08 astro-ph.CO hep-ph
Varying physical constants and the lithium problem
我们使用最近发表的变物理常数（VPC）方法来解决原始锂丰度问题。我们用这种方法计算的$7Li$与氢$7Li/H=1.400(\pm 0.023){\times}10^{-10}$的比值比用标准λ冷暗物质（$Λ$ CDM）宇宙学模型估计的值低约4倍，并且与$1.6(\pm 0.3){\times}10^{-10}$最一致的观测值一致。在VPC方法中，爱因斯坦方程被修改为包括光速$c$，引力常数$G$和宇宙学常数$Λ$的变化，使用Einstein-Hilbert作用。这种方法应用于宇宙学自然会导致普朗克常数$\hbar$和玻尔兹曼常数PDMATHAMT的变化。它们在比例因子$a\ll 1$处接近固定值：$c=c_0/e$、$G=G_0/e^3$、$\hbar=\hbar_0/e$和$k_B=k_{B0}/e^{5/4}$，其中$e$是欧拉数（=2.7183）。由于VPC宇宙学在非常小的尺度因子下简化为与$Λ$ CDM宇宙学相同的形式，因此我们可以使用现有的大爆炸核合成（BBN）代码AlterBBN进行上述更改来计算VPC宇宙学下的轻元素丰度。在重子光子比$η=6.1{\times}10^{-10}$下计算的其他丰度中，有：$4He/H =0.2478 (\pm 0.041)$、$D/H =2.453(\pm 0.041){\times}10^{-5}$和$3 He/H=2.940(\p…
2022-03-24 astro-ph.CO gr-qc
Lithium Diffusion in the Post-Recombination Universe and Spatial Variation of [Li/H]
在低金属丰度的星族II恒星（被称为Spite平台）中观测到的锂含量比标准宇宙学的预测低$\sim 3-5$倍。由于观测仅限于本地宇宙（晕星，球状星团和银河系的卫星），某些物理过程可能导致锂的空间分离和[Li/H]的局部还原。我们研究的问题，锂扩散后的宇宙重组在次金斯暗物质晕，考虑到超过95%的锂仍然在单电离状态在任何时候。其余的电离气体上的大散射截面导致锂与质子的强耦合，并且其初始扩散方向与H $^+$的方向一致。在中性气体的静止坐标系中，这导致H $^+$和Li $^+$从超密度中扩散出来，在引力阱的最小值中，[Li/H]相对于原始值有降低的趋势。我们量化这一过程，并认为，有一定的资格，它可能发挥了重要作用，在创造本地锂缺乏的原始暗物质晕，沿斯皮特高原观察到的。
2012-08-03 astro-ph.CO astro-ph.SR hep-ph
Gravitino dark matter and the lithium primordial abundance within a pre-BBN modified expansion
我们提出了超对称的情况下，在一个非标准模型的宇宙学与暗组件在前BBN时代的引力子LSP和Stau NLSP。在宇宙学标准模型的背景下，引力子LSP引起了相当多的关注，因为它是暗物质的一个很好的候选者。它产生于膨胀后再加热时的散射过程和状态的衰变。由于寿命很长，Stau在大爆炸核合成过程中衰变。它受到轻元素丰度的强烈限制，但可以解决已知的“BBN锂问题”。它需要相当大的状态$\mstau \gtrsim 1 \unit{TeV}$，并对再加热温度$T_R \simeq 10^7\unit{GeV}$设定上限，这不满足热稀薄生成的要求。对于非标准宇宙学的情况下，再加热温度约束可以强烈放松$T_R\gg 10^9 \unit{GeV}$和锂-7的问题解决了一个典型的质量为$\mstau \sim 600-700 \unit{GeV}$和下到$\sim 400 \unit{GeV}$与一个非常重要的黑暗的组成部分，可以使可能的生产和检测在大型强子对撞机。
2011-03-23 astro-ph.CO hep-ph
Do primordial Lithium abundances imply there's no Dark Energy?
解释宇宙膨胀速度明显加快这一公认的观测结果是我们这个时代的决定性科学问题之一。在宇宙学的标准模型中，尽管有许多不同的尝试，但被认为是负责任的排斥性“暗能量”在根本层面上没有解释。标准模型中另一个重要的困境是锂问题，即大爆炸核合成中7-Li的理论预测与我们今天观察到的值之间的实质性不匹配。这是我们从过去的世界线上观察到的极少数观察之一，而不是我们过去的光锥。通过释放未经检验的假设，即宇宙在非常大的尺度上是均匀的，表观加速和锂问题都可以很容易地解释为宇宙不均匀性的不同方面，而不会对其他宇宙学现象造成问题，如宇宙微波背景。我们说明了这一点的背景下，一个无效的模型。
2010-08-19 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Primordial nucleosynthesis with varying fundamental constants: Solutions to the Lithium problem and the Deuterium discrepancy
原始核合成的成功受到长期存在的锂问题的限制。我们使用自洽微扰分析的影响，相关的理论参数对原始核合成，包括自然界的基本常数的变化，探索问题及其可能的解决方案，在最新的观测和理论建模的背景下。我们量化了解决锂问题所需的消耗量，并表明恒星中化学元素的传输过程能够解释它。具体来说，原子扩散，旋转和穿透对流的组合使我们能够重现第二星族恒星的锂表面丰度，从原始锂丰度开始。我们还表明，即使有这个损耗因子，在这个时代的精细结构常数的值是一个偏好，大于目前的实验室百万分之几的相对变化，在两个到三个标准偏差的统计意义。这种偏好是由最近注意到的从宇宙微波背景和原始核合成分析推断的重子-光子比（或等价的氘丰度）的最佳拟合值之间的差异驱动的，并且对氦-4丰度很大程度上不敏感。因此，我们得出结论，锂问题很可能有一个天体物理学的解决方案，而氘的差异提供了一个新的物理学的可能线索。
2021-06-26 astro-ph.CO hep-ph
The $^{7}$Be(n,p)$^{7}$Li reaction and the Cosmological Lithium Problem: measurement of the cross section in a wide energy range at n_TOF (CERN)
我们报告的测量$^{7}$ Be（$n, p$）$^{7}$ Li截面从热约325 keV的中子能量，在高通量实验区（EAR2）的n_TOF设施在欧洲核子研究中心。这个反应在标准宇宙学的大爆炸核合成（BBN）的锂产量中起着关键作用。之前对该反应进行的仅有的两次飞行时间测量没有覆盖BBN感兴趣的能量窗口，并且彼此之间存在很大的差异。测量是用硅望远镜进行的，高纯度的样品是在欧洲核子研究中心的ISOLDE设施中注入$^{7}$ Be离子束产生的。虽然一个显着更高的截面被发现在低能量，相对于目前的评估，在该地区的BBN的利益，目前的结果是一致的推断值从时间反演$^{7}$锂（$p, n$）$^{7}$ Be反应，从而产生的所谓的宇宙锂问题（CLiP）只有一个相对较小的改进。本文还讨论了这些结果与p+ $^{7}$ Li反应中近阈中子产生的相关性。
2022-01-12 astro-ph.CO nucl-ex
Gravitino Dark Matter and the Cosmic Lithium Abundances
本文分析了粒子物理标准模型的超对称扩展，假设引力子是最轻的超对称粒子，并在大爆炸核合成过程中次轻粒子衰变为引力子。特别强调的是他们的潜力，以解决“锂7问题”，一个明显的因素2-4过剩生产的锂7在标准大爆炸核合成（BBN），他们的生产宇宙学上重要的量的锂6，以及由此产生的引力子暗物质密度在这些模型。与先前的研究相比，该研究包括几项改进。本文对约束最小超对称标准模型中的重引力子进行了重新分析，而对规范介导超对称破缺情形中的轻引力子进行了首次研究。证实了NLSP态衰变为重引力子，在产生所有暗物质的同时，可能同时解决Li 7问题。对于NLSP衰变时间~ 1000秒，这种情况也导致宇宙学上重要的Li 6（可能还有Be 9）丰度。然而，由于这种情况需要大于1 TeV的能量，它们可能无法在LHC上测试。发现NLSP状态衰变为轻引力子可能导致Li 6（和Be 9）的显著丰度，而NLSP中性伴子衰变为轻引力子可能解决Li 7问题。尽管这两种情况都可以在大型强子对撞机上得到验证，但它们可能不会导致大部分暗物质的产生。一节的文件概述了颗粒的性质，需要显着减少锂7丰度，和/或提高锂6（可能是9）的丰度，由任意的遗物粒子的衰变。
2009-03-13 astro-ph.CO hep-ph
How stars in globular clusters reveal the depletion of the Spite plateau of lithium
我总结了15年来对球状星团中恒星表面丰度的研究结果。球状星团恒星为塑造斯皮特高原及以外恒星表面丰度的物理过程提供了独特的视角，因为人们可以研究处于不同进化阶段且出生时成分相同的恒星。主要结果是发现了重元素（Mg、Ca、Ti、Cr、Fe、Ba）表面丰度的观测趋势，其范围从~0.1 dex（M4 at [Fe/H]=-1.1）到~0.3 dex（M30 at [Fe/H]=-2.3），关闭星和次巨星的丰度通常低于巨星。任何试图通过恒星物理学解决宇宙学锂差异的模型都必须同时描述矮星和巨星之间的这些系统性重元素趋势。通过一些额外的混合调节的原子扩散模型确实可以解释观察到的丰度趋势，并对锂的耗尽进行定量预测。推测的Spite-plateau恒星的诞生云锂丰度高出约0.3 dex，留下一个小的（约0.15 dex）名义偏移的原始值。
2021-11-01 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.SR
The lithium problem, a phenomenologist's perspective
在贫金属晕星大气中首次观测到7Li同位素30年后，关于其起源的谜团仍然存在。目前的观测是否仍然支持存在一个"平台"：一个单一的锂丰度值，在目标恒星的金属丰度的几个数量级上保持不变？如果这个平台存在，它是普遍的观测轨迹的目标恒星？有没有可能用已知的天体物理过程来解释这样的观测结果？尚未充分探索的天体物理机制能否解释这些观测结果，或者我们是否需要调用宇宙学标准模型和/或粒子物理学标准模型之外的物理学来解释它们？是不是6Li的问题，是不是和7Li的连接？这些问题已经在巴黎研讨会上讨论了锂在宇宙中，我在这里总结其内容，从现象学家的角度提供一个概述。
2012-07-09 astro-ph.CO astro-ph.GA
Primordial nucleosynthesis with varying fundamental constants: Improved constraints and a possible solution to the Lithium problem
原初核合成是热大爆炸模型的观测基石，也是超越标准模型的一个敏感的物理探测器。它的成功受到了所谓的锂问题的限制，对此已经提出了许多解决方案。我们报告的自洽微扰分析自然的基本常数，这是不可避免的，在大多数的标准模型的扩展，原始核合成的变化的影响，专注于广泛的大统一理论模型。对${}^4$ He、D、${}^3$ He和${}^7$ Li的理论预测和观测测量进行统计比较，一致地得出了核合成时期精细结构常数$α$的优选值，该值大于当前实验室的值。统计显著性的水平和优选的变化程度取决于模型假设，但前者可以超过四个标准差，而后者总是与较低红移的约束相容。如果分析中不包括锂，则对$α$变异的偏好不具有统计学显著性。${}^3$ He的丰度对这种变化相对不敏感。我们的分析突出了一个可行的和物理动机的解决方案，锂的问题，值得进一步研究。
2020-01-06 astro-ph.CO hep-ph
Big Bang nucleosynthesis in a weakly non-ideal plasma
我们提出了一个标准的大爆炸核合成（BBN）的情况下，解决原始锂的问题，考虑的可能性，原始等离子体可以偏离理想状态的修正。在标准BBN中，原始等离子体被假设为理想的，粒子和光子分别满足麦克斯韦-玻尔兹曼和普朗克分布。我们认为，这种原始等离子体是理想的假设可能会过度简化早期宇宙，并导致锂问题。我们发现，当原始等离子体的粒子分布仍然服从Maxwell-Boltzmann分布时，光子分布偏离Planck分布，利用Tsallis统计量参数化，可以解决原始锂问题.我们讨论了原始等离子体如何以这种特定的方式弱非理想及其对宇宙演化的影响。
2021-04-26 astro-ph.CO
Thermonuclear reaction rates and primordial nucleosynthesis
在假设宇宙重子密度为最佳值和存在三种中微子味的情况下，标准大爆炸核合成是一个无参数模型。重要的是要评估所观察到的原始丰度是否可以通过模拟再现。许多研究表明，模拟高估了原始$^7$锂丰度的一个因素$\approx$ $3$相比，观察。这种差异可能是由$^7$ Li观测中未知的系统学、对恒星中锂的消耗知之甚少、参与锂和铍合成的热核反应速率的错误，或者超出标准模型的物理学造成的。在这里，我们专注于核物理解决方案的可能性。综述了关键核反应速率的研究现状。用最近的反应速率进行了大爆炸核合成模拟，并利用蒙特卡罗技术建立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速率之间的相关性。四种反应的速率影响原始$^7$ Li丰度：$^3$ He（$α$，$γ$）$^7$ Be，d（p，$γ$）$^3$ He，$^7$ Be（d，p）2 $α$和$^7$ Be（n，p）$^7$ Li。我们采用遗传算法来搜索这四个反应，可能占所有观察到的原始丰度的同时速率变化。当搜索的反应速率范围是比最近报道的不确定性更广泛，没有可接受的解决方案被发现，根据目前可用的证据，我们得出结论，这是极不可能的宇宙学锂问题有一个核物理解决方案。
2020-08-27 astro-ph.CO
A light particle solution to the cosmic lithium problem
我们指出，宇宙学丰度的${}^7$锂可以减少到观测值，如果在其形成过程中大爆炸核合成是修改的存在下，轻电中性粒子$X$，有大量的相互作用与核子。我们发现，锂的问题可以得到解决，而不影响精确测量的氘和氦的丰度，如果满足以下条件：这些粒子的质量和寿命是由$ 1.6~{\rm MeV}\leq m_X \leq 20~{\rm MeV}$和$ {\rm few}~100~{\rm s} \lesssim τ_X \lesssim 10^4~{\rm s}$，和丰度倍的吸收截面由氘或${}^7$ Be是可比的哈勃率，$n_X σ_{\rm abs} v \sim H$，在${}^7$ Be形成的时候。我们包括$X$引发的反应到原始核合成框架，观察到它导致的冻结出丰度的${}^7$锂+ ${}^7$ Be的大幅减少，并找到这种情况下的具体模型实现。集中在类轴子粒子的情况下，$X=a$，我们表明，所有这些条件都可以满足，如果耦合到$d$ -夸克是在$f_d^{-1} \sim {\rm TeV}^{-1}$的范围内，这可以探测在强度前沿实验。
2016-05-24 astro-ph.CO hep-ph nucl-th
Cosmic Rays during BBN as Origin of Lithium Problem
在大爆炸核合成（BBN）时期（又称BBNCR）可能存在非热宇宙射线。本文探讨了这类BBNCR是否是锂问题的根源。可以预期，为了保持标准BBN（SBBN）的成功，BBNCR的通量将很小。通过对0.09 - 4 MeV的BBNCR谱的有利假设，我们的数值计算表明，来自BBNCR的额外贡献可以成功地解释$^7$ Li丰度。然而，$^6$ Li丰度仅提升了一个数量级，仍远低于观测值。由于氘丰度对BBNCR的光谱选择非常敏感，因此光谱的允许参数空间受到严格限制。我们应该强调，早期宇宙中BBNCR的加速机制仍然是一个悬而未决的问题。例如，强湍流磁场可能是解决问题的方法。这种机制是否能够提供所需的频谱值得进一步研究。
2012-05-15 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Bipartite Solution to the Lithium Problem
Institute for Basic Science（基础科学研究院）；Chungnam National University（忠南国立大学）；Korea Institute for Advanced Study（韩国高等研究院）
本文提出双阶段衰变机制，通过中微子和光子的衰变调整轻元素丰度，以降低锂丰度而不影响氘含量，展示了可行的物理模型。
2026-04-21 astro-ph.CO hep-ph
Decaying dark matter, the $H_0$ tension, and the lithium problem
人们早就知道，如果一部分$χ$型的暗物质粒子是通过重的、相对长寿命的状态（即$X \to χ+ γ$）的衰变与光子$γ$非热结合产生的，那么哈勃常数$H_0$的观测值和推断值之间尖锐的张力就可以得到缓解。最近提出，如果$M= 4$ MeV和$m = 0.04$ keV，则该模型也可以解决长期存在的锂问题，其中$M$和$m$分别是$X$和$χ$的质量。我们用实验来对抗这个提议，并证明冷的暗物质在重组之前就已经衰变，这并不能解决$H_0$问题。此外，我们表明，最好的情况下，用于减轻$H_0$紧张局势的背景下，冷暗物质衰变前的重组时出现的粒子衰变完全进入暗辐射，而留下完全未修改的轻元素的生产。为此，我们计算的一般功能形式描述的数量等效轻中微子物种$ΔN_{eff}$进行的$χ$。我们表明，要解决$H_0$张力在$1σ$水平的$m$需要55%的校正，所需的$ΔN_{eff}$被排除在95% CL普朗克数据。我们主张一个更复杂的动态暗物质模型，以放松$H_0$紧张。
2020-12-31 astro-ph.CO hep-ph
The Primordial Lithium Problem
大爆炸核合成（BBN）理论与精确的WMAP宇宙重子密度一起，对最轻元素的丰度做出了严格的预测。氘和4 He的测量结果与预期一致，但7 Li的观测结果比BBN+WMAP的预测低3-4倍。这种4-5σ的不匹配构成了宇宙的“锂问题”，可能有不同的解决方案。(1)观测中的天体物理系统学可能存在，但越来越受到限制。(2)核物理实验提供了大量测量良好的截面数据，但7 Be的破坏可能会被未知或测量不佳的共振增强，例如7 Be +3 He-> 10 C ^* -> p +9 B。(3)超越标准模型的物理学可以改变7 Li的丰度，尽管D和4 He必须保持不受干扰;我们讨论这样的情况，强调衰变的超对称粒子和随时间变化的基本常数。目前和计划中的实验可以揭示其中哪一个（如果有的话）是问题的解决方案。
2012-03-15 astro-ph.CO hep-ph nucl-th
Lithium in the Globular Cluster NGC 6397: Evidence for dependence on evolutionary status
大多数球状星团被认为拥有单一的恒星星族。因此，他们可以被认为是一个很好的地方，研究斯皮特高原和探针可能的进化修改的锂含量。我们想测定古老的、贫金属的球状星团NGC 6397的次巨星（SG）和主序星（MS）的锂含量。这项工作的目的不仅是研究可能的锂丰度变化，但调查宇宙学锂的差异。在这里，我们提出了火焰/GIRAFFE观测的样本84 SG和79 MS星在NGC 6397中选择在一个狭窄的范围内的B-V颜色，因此，有效温度。我们确定Teff和A（Li）使用3D流体动力学模型大气的所有MS和SG星的样本。我们发现SG星和MS星之间的Li丰度存在显着差异，SG星的A（Li）平均高出近0.1 dex。我们还发现，随着Teff的降低，在MS和SG恒星中，A（Li）也会降低，尽管这两类恒星的斜率显著不同。这表明，这些恒星中的锂丰度确实被某种过程改变，这是Tef依赖的。在NGC 6397中观测到的锂丰度模式与在场星中发现的不同，这使得人们对球状星团恒星作为第二星族的代表在锂丰度方面产生了一些怀疑。现有的锂耗尽理论似乎都不能令人满意地描述我们的观测结果。
2009-10-13 astro-ph.CO astro-ph.GA
A Solution to Lithium Problem by Long-Lived Stau
本文回顾了最小超对称标准模型下的一个非标准大爆炸核合成（BBN）方案，并提出了一种求解${}^{7}$ Li和${}^{6}$ Li问题的思路.每个问题都是标准BBN中预测的丰度与观察到的丰度之间的差异。我们关注的是τ轻子的超对称伙伴stau，当它是次轻的超对称粒子并且质量与最轻的超对称粒子简并时，它是一种长寿命的带电粒子。长寿命的Stau与核形成结合态，并提供非标准的核反应。其中之一，内部转化过程，加速了${}^{7}$ Be和${}^{7}$ Li的破坏，并导致解决了${}^{7}$ Li问题。另一方面，Stau和${}^{4}$ He的结合态增强了n、d、t和${}^{6}$ Li的产生。过量生产${}^{6}$ Li可以解决${}^{6}$ Li问题。然而，d和t的超生产可能与观测值冲突，并且状态的相关参数空间受到严格约束。因此，我们需要仔细研究Stau- ${}^{4}$ He束缚态，以找到解决${}^{6}$ Li问题的条件。长寿命恒星的方案同时成功地拟合了轻元素（d，t，${}^{3}$ He，${}^{4}$ He，${}^{6}$ Li，和${}^{7}$ Li）和中性伴子暗物质的丰度。因此，Stau和中性伴子的参数空间都以很高的精度确定。
2016-05-23 astro-ph.CO hep-ph
Light nuclei under magnetic field and the lithium problem
本研究分析磁场对多种轻核密度分布的影响，发现涨落磁场可提升低能核反应隧穿率，该机制有望通过两种途径解决宇宙学锂问题。
2025-09-03 astro-ph.CO hep-ph nucl-ex
Phenomenology of Gravitational Aether as a solution to the Old Cosmological Constant Problem
物理学中最深刻和最长久的谜团之一是观测到的真空密度与我们从高能物理理论中获得的期望值之间的巨大差异，这被称为旧宇宙学常数问题。在半经典水平上解决这个难题的一个建议是通过修改引力，包括不可压缩流体，称为引力以太，将量子真空与时空几何解耦。在本文中，我们讨论了这个理论的经典预测，以及它与宇宙学和引力实验测试的兼容性。我们认为，偏离广义相对论（GR）在这个理论是由压力或涡源。特别是，该理论预测辐射的引力常数比非相对论物质的引力常数大33%，这是（大多数）宇宙微波背景（CMB），莱曼-阿尔法森林和锂-7原始丰度观测的首选，同时与其他宇宙学检验在~2-sigma水平上一致。进一步表明，所有参数化后牛顿（PPN）参数具有标准GR值，除了异常耦合到压力，这还没有被直接测量。这个模型的一个更微妙的预测（假设无旋以太）是（内在的）重磁效应比GR预测大33%。这与LAGEOS和Gravity Probe B在~2-sigma水平的当前限值一致。
2011-10-16 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Using Lithium and Beryllium to Study Structure and Evolution of Rotating Stars: Spite Plateau of Halo Stars
School of Physics and Astronomy, Beijing Normal University（北京师范大学物理与天文学院）；International Centre of Supernovae, Yunnan Key Laboratory of Supernova Research, Yunnan Observatories, Chinese Academy of Sciences（中国科学院云南天文台超新星国际研究中心、云南省超新星研究重点实验室）；Key Laboratory of Optical Astronomy, National Astronomical Observatories, Chinese Academy of Sciences（中国科学院国家天文台光学天文重点实验室）
通过旋转模型解释晕星锂高原，揭示锂耗尽与恒星演化过程的关系。
2026-02-26 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.SR
BBN catalysis by doubly charged particles
研究假想准稳定双电荷粒子 $X^{--}$ 在原初核合成中催化锂核形成的机制，基于更新的观测约束推导出其寿命须小于约100秒、丰度须小于 $10^{-9}$，并指出稳定粒子需重于 $10^{10}$ GeV 才能饱和暗物质密度。
2024-07-30 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Constraints from big bang nucleosynthesis and cosmological observations on varying Higgs vacuum expectation value
Beihang University（北京航空航天大学）；Institute for Basic Science（基础科学研究院）；Peking University（北京大学）
该研究通过分析希格斯真空期望值变化对核合成速率的影响，发现提高1.58%可调和轻元素丰度观测与CMB约束，0.2%提升可部分缓解宇宙锂问题。
2026-10-19 astro-ph.CO hep-ph nucl-th
Big Bang Nucleosynthesis with Stable $^8$Be and the Primordial Lithium Problem
自然界基本常数的变化或早期宇宙中的等离子体效应可以稳定$^8$ Be，防止其衰变为两个$^4$ He核。Coc等人研究了这种对大爆炸核合成的影响，作为$B_8$的函数，两个$^4$ He核和一个$^8$ Be核之间的质量差，发现$B_8 \le 100$ keV没有影响。在这里，我们检查具有较大$B_8$的稳定$^8$ Be，并且还允许$^4$ He + $^4$ He $\longrightarrow$ $^8$ Be的速率变化，以确定感兴趣效应的阈值。我们发现$B_8 < 1$ MeV的标准大爆炸核合成没有变化。对于$B_8 \gtrsim 1$ MeV和足够大的反应速率，相当一部分$^4$ He被燃烧成$^8$ Be，当$B_8$呈现其现今值时，其裂变回到$^4$ He，使原始$^4$ He丰度保持不变。然而，这种$^4$ He的螯合导致原始$^7$ Li丰度的降低。原始丰度的$^7$锂与观察推断的值一致，可以获得类似的反应速率计算的今天（未结合$^8$ Be）的情况下。即使是最大的结合能和最大的反应速率在这里检查，只有一小部分的$^8$ Be燃烧成更重的元素，与早期的研究一致。对于我们检验的任何模型，预测的氘丰度都没有变化。
2017-09-13 astro-ph.CO hep-ph nucl-th
Revisiting $^7$Be Weak and Radiative Transition Rates in Big Bang Nucleosynthesis: Implications for the Primordial Lithium Problem
European Centre for Theoretical Studies in Nuclear Physics and Related Areas (ECT*)（欧洲核物理及相关领域理论研究中心）；Bruno Kessler Foundation（布鲁诺·凯斯勒基金会）；Trento Institute for Fundamental Physics and Applications (TIFPA-INFN)（特伦托基础物理与应用研究所）；National Institute for Nuclear Physics (INFN), Sezione di Milano（意大利国家核物理研究所，米兰分部）；School of Science and Technology – Physics Division, University of Camerino（卡梅里诺大学理学院物理学系）；INAF, Observatory of Abruzzo（意大利国家天体物理研究所，阿布鲁佐天文台）；National Institute for Nuclear Physics (INFN), Sezione di Perugia（意大利国家核物理研究所，佩鲁贾分部）
本研究重新评估了大爆炸核合成中7Be的弱相互作用和辐射跃迁速率，修正了原始锂问题的估计。
2026-09-09 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.SR
