3.11 Das Lithium-7-Rätsel in der primordialen Nukleosynthese: doppelte Korrektur durch Spannungs-Rekalibrierung und Hintergrundrausch-Injection

Startseite ／ Kapitel 3: makroskopisches Universum

I. Terminologie und Rahmen

Wir verorten die „geringe Lithium-7-Häufigkeit“ im Bild der Energie-Fäden (Energy Threads) und des Energie-Meers (Energy Sea). Im jungen Universum formen verallgemeinerte instabile Teilchen (GUP) während ihrer kurzen Lebensdauer gemeinsam eine Hintergrund-Topographie, die wir als statistische tensorelle Gravitation (STG) beschreiben; bei Zerfall oder Annihilation speisen ihre schwachen Wellenpakete eine feinkörnige lokale Textur, das tensorelle Hintergrundrauschen (TBN). Ab hier verwenden wir nur noch die deutschen Vollformen: verallgemeinerte instabile Teilchen, statistische tensorelle Gravitation und tensorelles Hintergrundrauschen. Zusätzlich beziehen wir uns auf die primordiale Nukleosynthese des Urknalls (BBN) und den kosmischen Mikrowellenhintergrund (CMB); nach dieser ersten Nennung nutzen wir ausschließlich die deutschen Bezeichnungen.

II. Beobachtungslücke und Herausforderungen

1. Abundanz-Lücke: In Atmosphären alter, metallarmer Sterne (Spite-Plateau) liegt Lithium-7 meist unter den Vorhersagen der primordialen Nukleosynthese des Urknalls. Die Unterdeckung beträgt grob einen Faktor, abhängig von Stichprobe und Korrekturverfahren.
2. „Der Rest passt“: Bei gleicher Kosmologie und gleichen Kernreaktionsraten stimmen die Helium-4-Massenfraktion sowie das Deuterium-zu-Wasserstoff-Verhältnis typischerweise mit den Beobachtungen überein. Nur Lithium-7 zu senken, ohne diese Erfolge zu gefährden, ist schwierig.
3. Drei zentrale Stolpersteine:
   • Stellare Depletion: Ein verbreitetes, ähnlich starkes Absenken muss erklärt werden, ohne Indikatoren wie Lithium-6 oder Eisen zu verletzen.
   • Aktualisierte Kernraten: Selbst präzisere Wirkungsquerschnitte senken selten allein Lithium-7.
   • Frühe Einträge „neuer Physik“: Modelle, die Beryllium-7 über Zerfälle oder Annihilationen zerstören, verlangen oft fein abgestimmte Spektren, Häufigkeiten und Lebensdauern – und dürfen Deuterium sowie das Spektrum des kosmischen Mikrowellenhintergrunds nicht stören.

III. Physikalischer Mechanismus („doppelte Korrektur“: Spannungs-Rekalibrierung + Hintergrundrausch-Injection)

1. Spannungs-Rekalibrierung: ein sanftes Neu-Timing von „Uhren und Fenstern“.
   • Kernidee: In einem dichten Energie-Meer skaliert der Spannungsgrad das Zusammenspiel der mikrophysikalischen Reaktionsuhr und der Abkühluhr geringfügig neu. Das entspricht einer kleinen, gleichmäßigen Streckung der Zeitachse. Reaktionsarten und dimensionslose Konstanten bleiben unverändert.
   • Zwei Schlüsselfenster:
     1. Neutron-Proton-Einfrieren auf Sekunden-Skala: Hier ist nur eine minimale Rekalibrierung zulässig, damit die Helium-4-Basis stabil bleibt.
     2. Phase von Hunderten bis Tausenden Sekunden – vom Öffnen des „Deuterium-Flaschenhalses“ bis zur Bildung von Beryllium-7: Beryllium-7 reagiert sehr empfindlich auf Abkühl-Takt und Überlappungszeiten. Ein leichtes Vorziehen oder Verzögern des „An/Aus“ verengt oder verschiebt das Produktionsmaximum und senkt den Nettoertrag.
   • Alltagsbild: Die Standard-Nukleosynthese ähnelt einer Brühe, die vom Herd abkühlt. Die Spannungs-Rekalibrierung ist ein kleiner Dreh am Timer: gleiche Rezeptur, nahezu gleiche Schritte, aber der ideale Mischpunkt liegt etwas früher oder später.
2. Hintergrundrausch-Injection: selten, kurz und selektiv – der „Feinschnitt“.
   • Ursprung und Charakter: In der dichten Frühzeit treten verallgemeinerte instabile Teilchen rasch auf und verschwinden wieder. Ihre Zerfälle erzeugen breitbandige, wenig kohärente Wellenpakete. Fast alles thermalisiert sofort und geht in die thermische Geschichte über. Statistisch können jedoch extrem seltene, gut getimte Mikro-Injektionen auftreten.
   • Warum der Fokus auf Beryllium-7: Eine winzige Injektion von Neutronen oder eine schmale Bande weicher Photonen während der Beryllium-7-dominierten Phase zerstört bevorzugt Beryllium-7, ohne Deuterium oder Helium-4 anzutasten:
     1. Neutronen-Pfad: Be-7(n,p)Li-7 gefolgt von Li-7(p,α)He-4 senkt die finale Lithium-7-Häufigkeit.
     2. Weicher Photonen-Pfad: Ein schmales, schwaches, kurzes Spektrum nutzt empfindliche Absorptionsfenster von Be-7/Li-7 und „trimmt“ Beryllium-7, ohne Deuterium zu „überhitzen“.
   • Amplituden-Grenzen: Intensität und Dauer müssen klar unter den aktuellen Grenzen für μ/y-Verzerrungen des kosmischen Mikrowellenhintergrunds und für die Bilanzen leichter Elemente bleiben. Es geht um einen gezielten Feinschnitt, nicht um eine Neuschreibung.
   • Alltagsbild: Der Eintopf ist fertig. Kurz vor dem Servieren glätten wir mit einem leichten Schnitt nur die überschüssige Kuppe eines einzigen Zutaten-„Peaks“, ohne den Grundgeschmack zu ändern.
3. Synergie: erst retimen, dann minimal anschubsen.
   • Schritt 1: Die Spannungs-Rekalibrierung verengt oder verschiebt das Beryllium-7-Fenster und senkt den Basis-Ertrag.
   • Schritt 2: Die Hintergrundrausch-Injection im angrenzenden Zeitabschnitt reduziert den verbleibenden Beryllium-7-Anteil.
   • Nettoeffekt: Lithium-7 fällt in das beobachtete Band, während Deuterium und Helium-4 im Erfolgsbereich bleiben.

IV. Parameter und Leitplanken (bewahren, was schon funktioniert)

• Helium-4-Constraint: Das Neu-Timing auf Sekunden-Skala ist streng begrenzt, um die Helium-4-Massenfraktion zu sichern.
• Deuterium-Constraint: Zeitfenster, Spektrum und Intensität der Injektion müssen Zerstörungsschwellen von Deuterium vermeiden.
• Spektrum des kosmischen Mikrowellenhintergrunds: Zulässige Injektionen liegen deutlich unter heutigen μ/y-Grenzen und hinterlassen, wenn überhaupt, nur eine sehr schwache Spur.
• Isotopen-Nebenfolgen: Kleine, korrelierte Verschiebungen bei Lithium-6/Lithium-7 und Helium-3 sind zu prüfen; falls vorhanden, sollten sie der Signatur eines leichten Feinschnitts entsprechen – nicht einer großen Umschreibung.
• Kosmologische Konsistenz: Dimensionslose Konstanten und Wechselwirkungsformen bleiben gleich. Die Spannungs-Rekalibrierung ist lediglich ein kleiner Eingriff ins Timing.

V. Testbare Signale und Prüfpfade

• Nahezu Null-Verzerrungen im kosmischen Mikrowellenhintergrund: Sensitivere Spektrometer sollten die μ/y-Grenzen weiter verengen. Der Mechanismus erwartet Signale unterhalb der heutigen Schwellen – sehr nahe null, aber nicht exakt null.
• Feine Umwelt-Unterschiede im Spite-Plateau: Dominiert die Spannungs-Rekalibrierung, könnten sich minimale systematische Differenzen des Lithium-7-Plateaus zwischen großskaligen Umgebungen (Filamente, Knoten, Voids) zeigen, nachweisbar nur mit sehr großen Stichproben.
• Indizien für Beryllium-7-Abbau: Gesucht sind subtile, korrelierte Abweichungen bei Lithium-6/Lithium-7 und Helium-3; spätere stellare Verarbeitung ist sorgfältig auszukoppeln.
• Schwache Kovariation mit früher Aktivität: Trat die Hintergrundrausch-Injection auf, sollte ihre statistische Stärke schwach mit dem Aktivitätsniveau der Frühzeit kovariieren – im Einklang mit einer andernorts beschriebenen diffusen Hintergrund-Anhebung.

VI. Verhältnis zu etablierten Ansätzen

• Abgemilderte Variante der „Teilchen-Injektions“-Szenarien: Dort spielt die Injektion die Hauptrolle und erfordert feinste Abstimmung von Spektren, Lebensdauern und Häufigkeiten. Hier übernimmt die Spannungs-Rekalibrierung (Neu-Timing) die Führungsrolle, während die Injektion zu einem sehr schwachen Nebeneffekt wird – das entschärft den Parameterdruck erheblich.
• Ergänzung zur stellaren Depletion: Eine mäßige, späte Oberflächen-Depletion ist nicht ausgeschlossen, aber als alleinige Erklärung nicht nötig. Sie würde die doppelte Korrektur höchstens feinjustieren.
• Vereinbar mit laufender Kernraten-Präzisierung: Bessere Reaktionsdaten bleiben wertvoll. Unter aktuellen Kompilationen kann eine moderate Spannungs-Rekalibrierung plus selektiver Feinschnitt das „hartnäckige Lithium-7-Plus“ beseitigen, ohne andere Erfolge zu gefährden.

VII. Analogie

Back-Timer + Präzisions-Schnitt. Die Spannungs-Rekalibrierung verschiebt den Timer minimal und damit das ideale Aufgeh-Fenster. Die Hintergrundrausch-Injection setzt kurz vor dem Servieren einen schnellen Schnitt und glättet nur die überhöhte Lithium-7-Spitze. Der „Kuchen“ – Helium-4 und Deuterium – bleibt unverändert.

VIII. Zusammenfassung

• Problemstellung: Das Lithium-7-Rätsel verlangt gezielte Justagen von Timing und Mikro-Eintrag, keine Generalrevision der Frühzeit.
• Haupteingriff: Die Spannungs-Rekalibrierung verlegt den An/Aus-Takt der primordialen Nukleosynthese leicht und dämpft bevorzugt den Beryllium-7-Kanal, der Lithium-7 speist.
• Feinarbeit: Das tensorelle Hintergrundrauschen reduziert zur passenden Zeit selektiv Beryllium-7, ohne Deuterium oder Helium-4 zu stören.
• Gesamtbild: Beide Korrekturen bewahren die Hauptleistungen der primordialen Nukleosynthese des Urknalls und eröffnen prüfbare Wege – konsistent mit der Kausalkette aus verallgemeinerten instabilen Teilchen, statistischer tensoreller Gravitation und tensorellem Hintergrundrauschen.