将离子束射向质子云可以帮助研究人员绘制出中子星的内部运行示意图。

 

麻省理工学院和其他地方的物理学家们正在以光速向质子云发射离子束，就像投掷核飞镖一样，以绘制原子核的结构。

 

这个实验是对普通粒子加速器的一种颠覆，这种加速器将电子投掷到原子核上以探测其结构。该团队使用这种“逆运动学”方法筛选出原子核内部混乱的量子力学影响，以提供原子核的质子和中子及其短程相关(SRC)对的清晰视图。这是一对质子或中子，它们短暂地结合在一起，形成超密度的核物质液滴，被认为主宰着中子星的超密度环境。

 

该研究结果于2021年3月29日发表在《自然物理》杂志上，它证明了逆运动学可以用来描述更不稳定的原子核的结构特征——科学家们可以用这些基本成分来理解中子星的动力学和它们产生重元素的过程。

 

“我们已经打开了研究SRC对的大门，不仅在稳定的原子核中，而且在像中子星合并这样环境中非常丰富的富中子原子核中，”研究合著者Hen说，他是麻省理工学院的物理学助理教授。“这让我们更接近于理解这种奇异的天体物理现象。”

 

母鸡的合作者包括Jullian Kahlbow Efrain中央大学和麻省理工学院,以利Piasetzky特拉维夫大学的达姆施塔特工业大学的研究人员,联合核研究所(JINR)在俄罗斯,法国替代能源和原子能委员会(CEA)和助教在德国亥姆霍兹重离子研究中心。天富娱乐开户

 

倒置的加速器

 

粒子加速器通常通过电子散射探测核结构，高能电子被射向静止的目标核云团。当电子撞击原子核时，会产生质子和中子，电子在这个过程中会失去能量。研究人员测量在这种相互作用前后电子束的能量，以计算被踢走的质子和中子的原始能量。

 

虽然电子散射是重建原子核结构的一种精确方法，但它也是一种碰运气的游戏。电子撞击原子核的概率相对较低，因为与整个原子核相比，单个电子很小。为了增加这种可能性，电子束被加载了越来越高的电子密度。

 

科学家们也使用质子束而不是电子来探测原子核，因为质子相对来说更大，更有可能击中目标。但质子也更为复杂，由夸克和胶子组成，它们之间的相互作用会使对原子核本身的最终解释变得模糊不清。

 

近年来得到一个更清晰的图片,物理学家已经颠覆了传统的设置:通过目标一束核,或离子,在目标的质子,科学家不仅可以直接测量,摧毁了质子和中子,而且比较原核和剩余核,或核片段,后与目标质子。

 

亨说:“通过反向运动学，我们可以确切地知道，当我们移走原子核中的质子和中子时，它会发生什么变化。”天富娱乐开户

 

量子筛选

 

该团队采用了这种反向运动学方法来研究超高能量，利用JINR的粒子加速器设备，用碳-12原子核束来瞄准静止的质子云，他们以480亿电子伏特的速度发射出碳-12原子核，这比原子核中自然发现的能量高几个数量级。

 

在如此高的能量下，任何与质子相互作用的核子都会在数据中脱颖而出，而与能量低得多的不相互作用的核子相比。通过这种方式，研究人员可以迅速分离出任何发生在原子核和质子之间的相互作用。

 

从这些相互作用中，研究小组挑选了剩余的核碎片，寻找硼-11——碳-12的一种构型，减去一个质子。如果一个原子核开始是碳-12，最后变成硼-11，这只能意味着它遇到了一个目标质子，从而击出了一个质子。如果目标质子撞出不止一个质子，那将是原子核内的量子力学效应的结果，这将很难解释。该团队将硼-11作为一个明显的特征分离出来，并丢弃了任何更轻的、受量子影响的碎片。

 

该研究小组根据每一次产生硼-11的相互作用，计算出了从原始碳-12核被撞出的质子的能量。当他们将能量绘制成图表时，这个模式与碳-12的良好分布完全吻合——这是倒置的高能量方法的验证。