深入研究中子星的生长，解决核物理学家的难题

时间：2022-05-07 17:25:05 来源：

新的预测与中子星长大以及中子星合并中可能合成的元素紧密相关。

在原子核中，质子和中子在狭窄的空间共享能量和动量。但是，确切地说，它们如何共享使它们束缚在核内的能量，甚至是它们在核内的位置，仍然是核物理学家的主要难题。

劳伦斯·利弗莫尔国家实验室（LLNL）和圣路易斯华盛顿大学的研究人员进行的一项新研究通过利用核散射实验中的数据对核子（中子和质子）如何排列在核中进行了严格限制，从而解决了这些问题。该研究发表在《 Physical Review C》和《 Physical Review Letters》两篇相应的论文中。

化学研究教授Robert J. Charity，物理学教授Willem H. Dickhoff和化学与物理学教授Lee G. Sobotka都是圣路易斯华盛顿大学艺术与科学的合著者。由现任LLNL博士后研究员Cole Pruitt领导的论文，他于2019年在华盛顿大学获得博士学位。作为论文工作的一部分，Pruitt完成了这些论文的大部分工作。

他们的分析表明，对于几个基石原子核，质子和中子中只有一小部分占据了使它们束缚在原子核中的全部能量的大部分，比标准理论处理的预期高出约50％。

此外，该研究对多个中子富核的“中子皮”（一个多余的中子堆积的区域）做出了新的预测。反过来，这些预测与中子星长大以及中子星合并中可能合成的元素紧密相关。

LLNL博士后和两篇论文的主要作者科尔·普鲁伊特说：“我们的结果定量地表明了不对称，电荷和壳效应如何促进中子皮的产生，并推动了总结合能与最深核子的不成比例的份额。”

了解核不对称能量如何随密度变化是中子状态方程的必不可少的输入，这决定了中子星的结构。但是直接测量中子皮并不容易。2010年的Lead Radius实验或PREX提供了关于Lead-208的第一个与模型无关的中子皮测量，但是由于不确定性很大，测量工作陷入了困境。一项更精确的后续实验PREX II于2019年进行，并计划于近期发布结果。

普鲁伊特说：“综合模型不仅应复制积分量（如电荷半径或总结合能），还应规定核子如何共享动量和能量，同时要对模型预测的不确定性保持现实。”

参考：

CD Pruitt，RJ Charity，LG Sobotka，JM Elson，DEM Hoff，KW Brown，MC Atkinson，WH Dickhoff，HY Lee，M。Devlin，N。Fotiades和S. Mosbyin撰写的“中等能量下的同位素中子总截面” ，2020年9月1日，实物评论C.DOI：
10.1103 / PhysRevC.102.034601

C.D.“色散光学模型分析中的系统物质和结合能分布”普鲁特（Pruitt）慈善，法学硕士索波特卡（M.C.）阿特金森和W.H.迪克霍夫（Dickhoff），2020年9月1日，《体检信》。
10.1103 / PhysRevLett.125.102501

来自国家超导回旋加速器实验室，密歇根州立大学和洛斯阿拉莫斯国家实验室的核科学家也为这项研究做出了贡献。

这项工作是由能源部科学技术办公室和国家核安全局资助的。

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