[论文解读] Comments on the ${}^{12}{ m C}$-${}^{12}{ m C}$ fusion S*-factor

A. M. Mukhamedzhanov, Xiaodong Tang+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 15, 2018

Superconducting Materials and Applications被引用 3

一句话总结

本文使用间接的Trojan Horse方法（THM）挑战2018年《自然》期刊报道的$^{12}$C-$^{12}$C聚变的天体物理S*-因子。作者认为原始分析存在缺陷，原因包括错误使用平面波近似、对直接实验数据的不恰当归一化，以及对R-矩阵共振态的无效分配。本文证明，通过三体理论引入库仑效应并校正数据归一化后，S*-因子显著降低，从而否定了在T9 = 0.2时反应速率提高1000倍的结论。

ABSTRACT

The goal of this Comment is to draw attention of the readers that the results in the published letter [A Tumino {et al,}, Nature {\bf 557}, 687 (2018)] regarding ${}^{12}{ m C}-{}^{12}{ m C}$ fusion are not correct

研究动机与目标

• 通过Trojan Horse方法挑战2018年《自然》期刊报道的$^{12}$C-$^{12}$C聚变S*-因子的有效性。
• 识别并纠正原始THM分析中的方法论缺陷，特别是忽略了库仑相互作用的平面波近似。
• 证明在低能区报告的S*-因子急剧上升是错误理论建模和数据归一化所致的人为结果。
• 倡导在$^{12}$C-$^{12}$C等重离子体系的THM分析中使用包含库仑效应的三体理论。
• 纠正R-矩阵分析中对共振态的错误分配，该错误违反了相同玻色子系统的量子力学选择规则。

提出的方法

• 采用包含库仑相互作用的通用三体理论（muk2011）代替原始研究中使用的平面波近似。
• 重新评估THM数据对直接实验测量的归一化，排除不可靠数据集，如mazarakis1973（因能量标定错误）和barron2006（因使用共振态平滑方法）。
• 校正直接数据中$\gamma$-射线跃迁的分支比，以确保与$^{12}$C($^{12}$C,$\alpha_1$) $^{20}$Ne截面的一致性。
• 通过强制实施量子力学选择规则重新评估R-矩阵分析：在$^{12}$C-$^{12}$C通道中仅允许偶宇称、正-parity共振态。
• 将THM观测到的共振态位置与直接实验结果进行比较，同时考虑三体库仑效应的影响。
• 仅使用一致、未经校正且标定良好的直接实验数据进行归一化和共振态验证。

实验结果

研究问题

• RQ1 原始THM分析中使用的平面波近似是否能准确描述30 MeV入射能量下的$^{12}$C-$^{12}$C聚变反应？
• RQ2 三体末态中的库仑相互作用如何影响THM方法中观测到的共振态位置和S*-因子？
• RQ3 直接实验数据归一化中的误差（如来自mazarakis1973或barron2006）在多大程度上扭曲了THM推导出的S*-因子？
• RQ4 THM数据R-矩阵分析中识别出的共振态是否符合$^{12}$C-$^{12}$C体系中相同玻色子的量子力学选择规则？
• RQ5 在THM分析中引入恰当的三体库仑理论后，是否消除了在T9 = 0.2时$^{12}$C-$^{12}$C反应速率提高1000倍的报告结果？

主要发现

• 原始《自然》研究中使用的平面波近似在30 MeV入射能量下对$^{12}$C-$^{12}$C体系无效，原因在于d-$^{24}$Mg转移道中存在强烈的库仑相互作用。
• 通过muk2011理论引入三体库仑效应后，预测的S*-因子显著降低，与《自然》THM1中报告的急剧上升趋势相矛盾。
• mazarakis1973数据集因能量标定错误而不可靠，排除该数据后，S*-因子的异常上升现象消失。
• barron2006数据集不适合用于归一化，因其采用的共振态平滑技术抹去了物理结构。
• 原始研究中R-矩阵分析错误地包含了奇宇称和负宇称的共振态，违反了$^{12}$C-$^{12}$C入射道中相同玻色子的量子力学选择规则。
• 在重叠能量范围（E_c.m. = 2.56 MeV）内仅观测到一个峰，其量子数为J^π = 3^-，因此无法证实文中声称的分子$^{12}$C-$^{12}$C共振态的存在。