3.11 חידת ליתיום-7 בנוקלאוסינתזה ראשונית: תיקון כפול באמצעות התאמת קנה המידה של המתיחות והזרקת רעש רקע

דף הבית ／ פרק 3: היקום המקרוסקופי

מונחים

בסעיף זה אנו מציבים את בעיית “ליתיום-7 נמוך” במסגרת של חוטים קוסמיים – ים אנרגיה – מתיחות: ביקום המוקדם, חלקיקים בלתי־יציבים מוכללים (GUP) התקיימו פרק זמן מספיק כדי לעצב נוף־רקע של כבידת מתיחות סטטיסטית (STG); ובעת התפרקות או אניהילציה הם הזריקו חבילות־גל חלשות שהופיעו כ־רעש מקומי מתיחוּתי (TBN). מכאן ואילך נשתמש רק בשמות המלאים: “חלקיקים בלתי־יציבים מוכללים”, “כבידת מתיחות סטטיסטית” ו“רעש מקומי מתיחוּתי”.

I. התופעה והמבוי הסתום

1. פער תצפיתי
   באטמוספרות של כוכבים עתיקים דלי־מתכות (מדרגת Spite) נמדדת שפעוּת ליתיום-7 נמוכה מן החיזוי של נוקלאוסינתזה ראשונית תקנית; לעיתים הגרעון הוא בסדר גודל שלם, וגודלו תלוי במדגם ובשיטת התיקון.
2. “הכול האחר מתאים”
   עבור אותם פרמטרים קוסמולוגיים וקצבי תגובה גרעיניים, שבר המסה של הליום-4 ויחס דאוטריום/מימן תואמים לרוב את התצפיות, ולכן קשה “לכוון רק את ליתיום-7”.
3. שלוש דרכי־אין־מוצא עיקריות
   • דלדול כוכבי: יש להסביר ירידה “נפוצה ובעלת מידה דומה” תוך שמירה על עקביות עם מדדים כגון ליתיום-6/ברזל; דרישה מאתגרת.
   • עדכון קצבי גרעין: גם לאחר ליטוש חתכי־פעולה מרכזיים, קשה להוריד לבדו את ליתיום-7 אל תחום התצפית.
   • הזרקת פיזיקה חדשה מוקדמת: פירוק בריליום-7 באמצעות דעיכה/אניהילציה של חלקיקים מצריך כיוונון־עדין של ספקטרום המוצרים, השפע וחיי המדף, מבלי לשבש את הדאוטריום ואת קרינת הרקע הקוסמית במיקרוגל (CMB).

II. פירוש מנגנוני (תיקון כפול: התאמת קנה המידה של המתיחות + הזרקת רעש רקע)

1. התאמת קנה המידה של המתיחות: כיול עדין של “שעונים ורוחבי חלון”
   • רעיון מרכזי: היקום המוקדם היה “ים אנרגיה” דחוס. רמת המתיחות מכיילת בעדינות את הקצב היחסי בין “שעון התגובה המיקרוסקופי” ל“שעון הקירור”, כמוה כמתיחה/דחיסה אחידה קטנה של ציר הזמן, ללא שינוי משוואות התגובה או הקבועים חסרי־הממד.
   • חלונות פעולה (שתי תקופות מפתח):
     1. קיפאון יחס n/p בסקאלת שניות: מותרות רק התאמות זעירות כדי לשמר את בסיס הליום-4 יציב.
     2. מאות–אלפי שניות (“נפתח צוואר־הבקבוק של דאוטריום → נוצֵר בריליום-7”): בריליום-7 רגיש מאוד לקצב הקירור ולמשך החפיפה של תגובות; הזזה קלה של “תנור דולק/כבוי” מצרה או מזיזה את חלון היצור היעיל ביותר ומפחיתה את התפוקה נטו.
   • המשל היומיומי: הנוקלאוסינתזה התקנית דומה ל“מרק כימי” שמתקרר באיטיות. התאמת קנה המידה של המתיחות כמוה כסיבוב קל של הטיימר במטבח מהר יותר או איטי יותר: המתכון זהה, אך רגע ההגשה האופטימלי זז מעט.
2. הזרקת רעש רקע: “נגיעת גימור” דלילה, קצרה ובררנית
   • מקור ואופי: בסביבה מוקדמת ודחוסה חלקיקים בלתי־יציבים מוכללים נוצרו ונעלמו תדיר; בעת התפרקות פיזרו חבילות־גל רחבות־ספקטרום ובעלות קוהרנטיות נמוכה. רובן התרמלּו מיד ונבלעו בהיסטוריה התרמית. עם זאת, סטטיסטית עשויות להתרחש מיקרו־הזרקות נדירות ומתוזמנות היטב.
   • מדוע הכוונה לבריליום-7: בתקופה בה בריליום-7 שולט, תוספת מזערית של נייטרונים או אלומה צרה של פוטונים רכים מסוגלת לפרק אותו בעדיפות, מבלי לגעת בדאוטריום/הליום-4:
     1. מסלול נייטרונים: Be-7(n,p)Li-7 ולאחריו Li-7(p,α)He-4; התוצאה נטו היא ירידת ליתיום-7.
     2. מסלול פוטונים רכים: ספקטרום צר-חלש-קצר הפוגע ב“חלונות הבליעה השבריריים יותר” של Be-7/Li-7, “משטח את הבריליום” מבלי “לבשל את הדאוטריום”.
   • גבולות סדר־גודל: העוצמה והמשך מוכרחים להישאר הרבה מתחת לגבולות העיוותים μ/y של קרינת הרקע הקוסמית במיקרוגל ולחסמי היסודות הקלים; תפקידה של ההתערבות הוא גימור בררני בלבד.
   • המשל היומיומי: המנה מוכנה; מיד לאחר הסרתה מן האש נגיעה קלה בציפוי השברירי מורידה את הבליטה המיותרת—בלי לשנות את הטעם הבסיסי.
3. סינרגיה: ראשית מכוונים את השעון, אחר כך דוחפים בעדינות
   • שלב ראשון: התאמת קנה המידה של המתיחות מצרה/מזיזה את “חלון” בריליום-7 ומפחיתה את התפוקה הבסיסית.
   • שלב שני: רעש מקומי מתיחוּתי, במקטע זמן סמוך, מעניק נגיעת גימור מדויקת ועדינה שמפחיתה עוד את בריליום-7 הנותר.
   • תוצאה משותפת: ליתיום-7 נכנס לתחום התצפיתי, בעוד דאוטריום והליום-4 נשארים באזורי ההצלחה שלהם.

III. פרמטרים ומגבלות (לשמר את מה שכבר עובד)

• מגבלת הליום-4
  להתאמות בסקאלת שניות יש תקרה קשיחה כדי לשמר יציבות של Yp.
• מגבלת דאוטריום
  יש לבחור תזמון, ספקטרום ועוצמה של הזרקת רעש רקע כך שיועַקפו ספי־פירוק של דאוטריום.
• הספקטרום של קרינת הרקע הקוסמית במיקרוגל
  היקף ההזרקות המותר חייב להישאר מתחת בהרבה לגבולות μ/y העכשוויים; לכל היותר צפויה חתימה חלשה מאוד, שכמעט אינה ניתנת להבחנה.
• תוצרי לוואי איזוטופיים
  יש לעקוב אחר סטיות קטנות ביחסי Li-6/Li-7 וב־He-3; אם יופיעו, מֵמדן צריך להתאים ל“נגיעת גימור חלשה”, לא לכתיבה מחדש נרחבת.
• עקיבות קוסמולוגית
  אין לשנות קבועים חסרי־ממד או סוגי אינטראקציה; התאמת קנה המידה של המתיחות היא כיוונון־עדין של מדידת הזמן היחסית.

IV. חיזויים בני־בדיקה ומסלולי אימות

• מיקרו־עיוותים כמעט אפסיים של קרינת הרקע הקוסמית במיקרוגל
  שליחויות ספקטרליות רגישות יותר בעתיד אמורות להדק את גבולות μ/y; החתימה הצפויה נמוכה מן הגבולות הנוכחיים—קרובה לאפס, אך לא אפס מוחלט.
• הבדלים זעירים במדרגת Spite בין סביבות
  אם התאמת קנה המידה של המתיחות היא הגורם הדומיננטי, ערכי המדרגה של ליתיום-7 עשויים להראות הבדלים מערכתיים זעירים בין מבנים בקנה־מידה גדול (חוטים/קשרים/חללים). יידרשו מדגמים סטטיסטיים גדולים.
• אינדיקציות לפירוק בריליום-7
  עלולות להופיע סטיות קטנות ומתואמות ביחסי Li-6/Li-7 וב־He-3; יש להבחינן מתהליכי־פנים מאוחרים בשכבות השטח של כוכבים.
• קו־וריאציה חלשה עם רעש מקומי מתיחוּתי
  אם התרחשו הזרקות, עוצמתן הסטטיסטית אמורה לקורְלֵצְיָה חלשה וחיובית עם רמת הפעילות המוקדמת, בהתאם לתמונה של “הרמת רצפת הרקע המפוזרת”.

V. יחס לגישות מסורתיות

• גרסה מתונה של “הזרקת חלקיקים חדשים”
  בגישות מסורתיות ההזרקה היא האפקט העיקרי ולכן דורשת כיוונון־עדין הדוק. כאן נושאת התאמת קנה המידה של המתיחות (מיקרו־תיזמון) את עיקר הנטל, ואילו ההזרקה יורדת לאפקט משני חלש מאוד—וכך פוחת הלחץ על ספקטרום המוצר, חיי המדף והשפע.
• השלמה להיפותזת דלדול כוכבי
  אין לשלול דלדול־פנים מתון ומאוחר, אך אין צורך בו כהסבר יחיד; אם קיים, הוא שכבת עידון דקה מעל “התיקון הכפול”.
• התאמה להערכת־מחדש של קצבי גרעין
  שיפור מתמשך של קצבי תגובה נותר חיוני. עם הלוחות העדכניים די בהכרה בהשפעות קטנות של התאמת קנה המידה של המתיחות יחד עם נגיעת גימור עדינה מרעש הרקע כדי לרסן “עודף עקשן” של ליתיום-7.

VI. דימוי (אינטואיציה יומיומית)

סובבו מעט את טיימר התנור + השטיחו בעדינות בליטה גבוהה
התאמת קנה המידה של המתיחות מזיזה מעט את שלב התפיחה האופטימלי; רעש מקומי מתיחוּתי הוא המגע הקל שלפני ההגשה שמיישר פסגה מוגזמת. ה“עוגה” עצמה (הליום-4 ודאוטריום) נשארת כשהייתה; רק פסגת ליתיום-7 הגבוהה מדי מונמכת.

VII. לסיכום

• מסגור הבעיה: חידת ליתיום-7 דורשת התאמות קטנות בציר הזמן ובעוצמת הפרעות־הזעיר, ולא הפיכה של הנוקלאוסינתזה התקנית.
• השינוי העיקרי: התאמת קנה המידה של המתיחות מזיזה קלות את “הדלק/כבה” של הנוקלאוסינתזה הראשונית ומפחיתה באופן בררני את ליתיום-7 דרך תעלת בריליום-7.
• גימור עדין: רעש מקומי מתיחוּתי, המופעל בחלון זמן קצר מאוד ובעוצמה מזערית, “גוזם” את בריליום-7 מבלי לשבש דאוטריום או הליום-4.
• עקביות כוללת: יחד, שני האפקטים שומרים על הצלחות הליבה של התמונה הסטנדרטית ומציעים מסלול פתרון בר־בדיקה ומוחשי, העקבי עם הסיפור של חלקיקים בלתי־יציבים מוכללים, כבידת מתיחות סטטיסטית ורעש מקומי מתיחוּתי.