国际合作组织在地球上模拟中子星的宇宙条件以探索极端科学

来源：cnBeta.COM 　2021-04-27 10:28:05

据外媒报道，由密歇根州立大学(MSU)领导的一个国际研究小组帮助在日本理化学研究所(Riken)的重离子加速器中创造了“宇宙条件”。离奇的密度是被称为中子星的天体的一个决定性特征，其是除黑洞外密度最大的星体。这些恒星直径只有大约15英里，但由于一些极端的物理学，它们拥有比我们太阳更多的质量。

在密歇根州立大学研究人员的领导下，一个国际合作组织现在已经在地球上模拟了中子星的宇宙条件，以更好地探测这种极端科学。该团队于2021年4月19日在《物理评论快报》杂志上分享了其成果。

在实验中，该团队选择了锡来帮助创造一个富含中子的密集核汤，帮助它更紧密地模仿中子星的环境。该团队在日本理化学研究所Nishina加速器科学中心将由锡核组成的光束加速到接近三分之二的光速。这项研究得到了美国能源部科学办公室核物理办公室(DOE-SC)和日本文部科学省(MEXT)的资助。

研究人员让该光束猛烈地穿过一个薄薄的锡靶，或铝箔，将锡核击碎。核子粉碎后，在短短的一瞬间--十亿分之一秒--残骸作为一个被称为质子和中子的核构件的超密集区域存在。尽管这种环境稍纵即逝，但它却足以创造出被称为 "质子 "的稀有粒子。

通过创造和探测这些质子，该团队正在使科学家们能够更好地回答有关核科学和中子星的挥之不去的问题。例如，这项工作可以帮助科学家更好地描述使中子星在其自身引力下不会坍缩并成为黑洞的内部压力。

麻省理工学院国家超导回旋加速器实验室(NSCL)的核科学教授和研究员Betty Tsang说：“我们所做的实验在其他地方无法完成，除了在中子星内部。”不幸的是，科学家们不能在中子星内完成。除了炙热的温度和破碎的引力之外，最近的中子星距离我们大约400光年。

然而，在宇宙中还有一个地方，科学家可以观察到密度如此惊人的物质。那就是在粒子加速器实验室里，科学家们可以将原子的核心或原子核粉碎，将大量的核物质挤压到非常小的体积里。

"这个实验非常困难，"Tsang说。"这就是为什么团队对此如此兴奋。" Tsang和MSU物理和天文学系的核物理学教授William Lynch领导国际团队中的研究人员。为了实现他们在这项研究中的集体目标，合作机构各自发挥了自己的优势。

"这就是我们积累合作者的原因，" Tsang说。"我们通过扩大小组和邀请真正知道自己在做什么的人解决问题。"

MSU是美国排名第一的核物理研究生项目的所在地，它率先建立了离子检测器。该仪器被称为SπRIT时间投影室，是与来自德克萨斯A&M大学和RIKEN的合作者共同建造的。

RIKEN的粒子加速器提供了创造一个让人联想到中子星的环境所需的功率和稀有的富含中子的锡核。来自德国达姆施塔特工业大学的研究人员提供了必须符合严格规格的锡靶。来自亚洲和欧洲其他机构的学生、工作人员和教职员工帮助建立实验和分析数据。

在RIKEN的加速器上进行的这项实验有助于将这种理解推向能量和密度方面的新高度，但还有许多挑战。当稀有同位素光束设施(FRIB)于2022年投入使用时，它也有望成为核科学领域的国际合作中心。而且该设施将具有独特的装备，以继续探索核系统在极端能量和密度下的行为。

"当FRIB上线时，它将为我们提供更多的光束选择，让我们进行更精确的测量，"Tsang说。"这将让我们更好地了解中子星的内部，并发现更有趣、更令人惊讶的东西。"

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