核天体物理学关键目标之一是了解元素来源。许多比铁重的元素通过慢速和快速中子俘获过程形成，但一类特殊的富质子同位素(p核)无法由此产生。p核原子序数范围广，从最轻的硒 -74到最重的汞 -196，其起源几十年来不明。
解释p核产生机制的主要理论是伽马射线过程，该过程发生在某些超新星爆发中。极端环境下，极高温度产生伽马射线，从现有重原子核剥离中子等粒子，剩余原子核质子数多于中子数，部分原子核随时间将质子转化为中子，最终形成p核。不过，参与该过程的许多同位素寿命短、实验室合成难，科学家多依赖理论模型。
由阿尔忒弥斯·桑蒂里领导的新研究取得里程碑成果。桑蒂里在稀有同位素束流装置(FRIB)攻读研究生期间开展研究，现为加拿大里贾纳大学博士后研究员。研究人员首次利用稀有同位素束流直接测量砷 -73捕获质子形成硒 -74的过程，为最轻p核在太空中的产生和湮灭方式设定新限制。该研究结果发表在《物理评论快报》上，涉及来自美、加、欧20个机构的45多名科学家。
在这项研究中，研究人员首次成功观测到放射性砷 -73对质子的俘获，重现关键步骤。他们专门生成砷 -73束，导入充满氢气的腔室，氢气作为质子源位于求和纳米线(SuN)探测器中心。研究团队利用FRIB的ReA加速器制备砷 -73，该加速器采用独立运行模式。放射化学小组将物质制备成适合实验的形式，随后放入批量模式离子源进行电离、加速至高能并照射到靶上，展现了ReA在制备和研究稀有同位素方面的灵活性。
反应中，砷 -73吸收质子跃迁到激发态转化为硒 -74，硒 -74释放伽马射线后达到稳定状态。研究人员重点关注逆反应，通过测量正反应确定逆反应速度。将测量结果纳入天体物理模型后，硒 -74丰度预测的不确定性降低一半，但更新后的模型仍与自然界观测结果不完全吻合，这表明科学家或许需改进对超新星爆发内部条件的假设。
FRIB物理学教授、密歇根州立大学物理与天文系教授Artemis Spyrou称，这些成果使人们离了解宇宙中一些最稀有同位素的起源更近一步，Tsantiri的工作体现了多学科合作及FRIB为青年研究人员提供的职业发展机会。
这项研究部分得到美国能源部科学办公室核物理办公室、美国国家科学基金会、美国国家核安全管理局和加拿大自然科学与工程研究理事会支持。研究使用的同位素由美国能源部同位素计划提供，该计划由同位素研发和生产办公室管理。
