宇宙中幾乎所有的氧，都是在像太陽這樣的大質量恆星內部形成。當這些恆星收縮和燃燒時，它們會在核心內部引發熱核反應，在那裡，碳和氦原子核可以發生碰撞和聚變，這是一種罕見但卻必不可少的核反應，產生宇宙中的大部分氧。這個產氧反應的速率很難確定，但如果研究人員能對所謂的「輻射捕獲反應速率」有一個足夠好的估計，就能開始解答一些基本問題，比如宇宙中碳與氧的比例。精確的速率也可以幫助確定爆炸的恆星，是否會形成黑洞或中子星。
現在，麻省理工學院核科學實驗室(LNS)的物理學家們提出了一種實驗設計，可以幫助確定這種產氧反應的速率。在世界各地的幾個地方，這種方法需要一種仍在建設中的粒子加速器。
一旦啟動並運行起來，這種「多兆瓦」的線性加速器可能會提供恰好合適的條件，讓產生氧反應反向進行，就像讓恆星形成的時鐘倒轉。研究人員表示，這樣的「逆反應」應該能對恆星中實際發生的反應速率有一個估計，其準確度高於此前的研究成果。
麻省理工學院(MIT)物理學教授理察•米爾納(Richard Milner)表示：物理學家的職責是了解這個世界，而目前，我們並不十分了解宇宙中的氧來自何方，以及氧和碳是如何形成的，如果我們是對的，這項測量將幫助我們回答核物理中關於元素起源的一些重要問題。米爾納是發表在《物理評論》期刊上該研究的合著者，以及主要作者和麻省理工學院-LNS博士後Ivica FriščIć和麻省理工學院理論物理中心高級研究科學家T.William Donnelly。
輻射俘獲反應速率指的是發生在恆星內部碳-12核與氦核之間的反應，也稱為阿爾法粒子。當這兩個原子核碰撞時，碳原子核有效地「捕獲」阿爾法粒子，並在這個過程中被激發，以光子的形式輻射能量。剩下的是一個氧-16核，它最終衰變為存在於地球大氣中一種穩定形式的氧。但這種反應在恆星中自然發生的幾率非常小，因為阿爾法粒子和碳-12原子核都帶著很高的正電荷。如果確實近距離接觸，它們自然傾向於排斥，這就是庫侖力。
為了融合形成氧，這對粒子必須以足夠高的能量碰撞，以克服庫侖力——這是一種罕見的現象。如此極低的反應速率是不可能在恆星內部能量水平上被探測到的。在過去的50年里，科學家們一直試圖在小型而強大的粒子加速器中模擬輻射捕獲反應速率。通過氦和碳的碰撞來達到這一目的，希望通過融合兩束氦和碳的原子核來產生氧。科學家們已經能夠測量這些反應並計算出相應的反應速率。然而，這些加速器碰撞粒子的能量遠遠高於恆星中發生能量，以至於目前對產生氧反應速率的估計，很難推斷出恆星中實際發生了什麼。
在這項新研究中，研究小組決定重拾先前的概念，產生與產氧反應相反的產物。本質上，目標是從氧開始，把原子核分裂成起始成分：一個阿爾法粒子和一個碳-12原子核。研究小組推斷，反向反應發生的機率應該比正向反應更大，因此更容易測量，在離實際恆星能量範圍更近的能量下，也可能發生相反的反應。為了分裂氧，需要一束具有超高電子密度的高強度光束，撞擊一團氧原子云的電子越多，數十億個電子中有一個具有正確的能量和動量與一個氧原子碰撞並分裂的幾率就越大。
這個想法來自於麻省理工學院的研究員Genya Tsentalovich，他於2000年在麻省理工學院貝茨南霍爾電子存儲環領導了一項實驗。儘管這個實驗從未在貝茨加速器上進行過，但這個想法值得深入研究。隨著德國和康奈爾大學開始建造下一代直線加速器，有能力產生足夠高強度或電流的電子束，從而潛在地觸發逆反應。這些新型高強度電子設備的出現，重新喚起了科學家對這種(逆反應)想法的興趣。該團隊提出了一項實驗，通過向低溫、超冷氧原子云中發射電子束來產生相反的反應。
如果一個電子成功地與一個氧原子碰撞並分裂，它就會以一定的能量裂開，這是物理學家之前預測的。研究人員將在給定的能量範圍內，分離出包含電子的碰撞，並從這些碰撞中分離出後續產生的阿爾法粒子。粒子是在氧-16原子分裂時產生的，其他氧同位素的分裂也會產生阿爾法粒子，但這些粒子的分散速度，要比氧-16原子分裂產生的阿爾法粒子快10納秒。因此，研究小組推斷將能分離出那些速度稍慢、「飛行時間略短」的阿爾法粒子。然後科學家們可以計算出逆反應的速率，給出了粒子發生較慢的頻率.
建立模型，將恆星中自然產生氧的逆反應與直接、正向反應聯繫起來。如果以研究所說的精確度來測量，應該能夠直接提取出反應速率。目前，德國正在建造一台多兆瓦的線性加速器MESA。friščić和milner正在與那裡的物理學家合作設計實驗，希望一旦啟動並運行，可以將實驗付諸行動，真正確定恆星向宇宙中大量釋放氧的速率。它將使我們能夠回答恆星中形成了多少碳和氧，這是對恆星如何演化的理解中最大的不確定性。
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