研究人员公布了关于铁元素以上稀有质子富集同位素（p核）起源的最新实验结果。该研究由当时在稀有同位素束装置（FRIB）攻读研究生、现任加拿大里贾纳大学博士后研究员Artemis Tsantiri牵头，首次通过稀有同位素束对放射性砷-73的质子俘获反应进行测量，获得其生成硒-74的关键数据，为最轻p核的形成与毁灭机制提供了新的约束。

相关论文以《约束最轻p核74Se的合成》为题发表在《物理评论快报》（Physical Review Letters）。研究团队表示，该项目汇集了来自美国、加拿大和欧洲20家机构的45名以上研究人员。

核天体物理学长期关注化学元素在何处、以何种方式形成。现有理论认为，慢速与快速中子俘获过程可通过反复俘获中子并经历放射性衰变，解释铁以上许多中等质量与重核的生成。但仍有一类质子富集同位素无法由上述过程产生，这些p核的质量范围从最轻的硒-74到最重的汞-196。

关于p核来源，学界提出过多种物理过程与天体环境。其中较被认可的机制是发生在部分超新星爆炸期间的“伽马过程”：在极高温条件下产生的伽马射线会从既有重核中剥离中子及其他粒子，使产物核呈现质子相对富集；随后通过将质子转变为中子，核逐步向更稳定的中子—质子比移动，最终形成p核。

研究团队指出，伽马过程涉及大量稀有同位素，实验室制备与研究难度高，导致许多关键核反应性质缺乏直接测量，相关模型在很大程度上依赖理论预测。Tsantiri表示，尽管p核起源研究已持续超过60年，但对短寿命同位素重要反应的测量“几乎不存在”，而这类实验如今只有借助FRIB等设施才具备可行性。

在本次实验中，团队首次在实验室研究放射性砷-73核俘获质子生成硒-74的反应。实验将专门制备的砷-73束流引入一个充满氢气的小腔室，氢气作为质子靶，腔室位于SuN探测器中心。研究人员表示，为完成测量，他们获取了放射性同位素砷-73，并独立运行FRIB的ReA加速器，而非依赖主FRIB直线加速器提供束流。

材料制备方面，由FRIB化学助理教授、密歇根州立大学化学系Katharina Domnanich领导的放射化学团队将样品处理为适合的化学形态。随后，样品被置入FRIB的批量模式离子源，砷-73离子被提取并加速至高能量后输送至实验装置。研究团队称，这一流程展示了ReA在离线模式下产生并使用砷-73束流的能力，从而提升了实验灵活性。

反应过程中，砷-73俘获一个质子形成激发态硒-74，并通过释放伽马射线退激至稳定状态。研究团队的测量重点在于伽马过程中起作用的逆反应，其速率可通过测定该直接质子俘获反应来确定。

研究人员指出，在重现某同位素的观测丰度时，需要同时考虑其生成与毁灭路径。就硒-74而言，太阳系丰度估计中主要剩余的核物理不确定性来自伽马过程中由伽马射线引发的“毁灭”过程。团队将实验结果纳入伽马过程的天体物理模型后，硒-74相对丰度计算的不确定性减少了两倍。研究人员同时表示，尽管不确定性显著降低，模型结果仍未完全匹配观测丰度，提示伽马过程的天体物理条件模型仍需修订。

FRIB物理学教授、密歇根州立大学物理与天文学系教授Artemis Spyrou（Tsantiri的研究导师及该实验最初设计者）表示，这些结果使研究更接近理解宇宙中部分最稀有同位素的起源，并称该工作体现了推动该领域发展的多学科合作特征。