罗切斯特大学 信用:CC0公共领域 原子和分子在极端温度和压力下的行为非常不同
虽然这样的极端物质在地球上并不是自然存在的，但它在宇宙中大量存在，尤其是在行星和恒星的内部深处
了解原子在高压条件下的反应——一个被称为高能密度物理(HEDP)的领域——让科学家们对行星科学、天体物理学、聚变能和国家安全领域有了宝贵的见解
HED科学领域的一个重要问题是，物质在高压条件下如何以不同于我们传统理解的方式发射或吸收辐射
在《自然通讯》上发表的一篇论文中，著名科学家、罗彻斯特大学激光能量学实验室(LLE)HEDP理论组组长胡苏星与来自LLE和法国人的同事一起，应用物理理论和计算预测了HEDP条件下原子和分子辐射传输中两种新现象的存在——种间辐射跃迁(IRT)和偶极选择规则的破坏
这项研究增强了对HEDP的理解，并可能带来更多关于恒星和其他天体如何在宇宙中演化的信息
什么是种间辐射转换(Irt)？ 辐射跃迁是发生在原子和分子内部的物理过程，其中它们的电子可以通过辐射/发射或吸收光子从不同的能级“跳跃”
科学家发现，对于我们日常生活中的物质，这种辐射跃迁大多发生在每个单独的原子或分子内；电子在属于单个原子或分子的能级之间跳跃，这种跳跃通常不会发生在不同的原子和分子之间
然而，胡和他的同事预测，当原子和分子被置于条件下，并且被挤压得如此之紧以至于它们变得彼此非常接近时，辐射跃迁可能涉及邻近的原子和分子
“也就是说，电子现在可以从一个原子的能级跳到其他相邻原子的能级，”胡说
什么是偶极子选择规则？ 原子内部的电子有特定的对称性
例如，“s波电子”总是球对称的，意思是它们看起来像一个球，原子核位于原子中心；另一方面，“p波电子”看起来像哑铃
d波和其他电子态有更复杂的形状
当电子跳跃遵循所谓的偶极选择规则时，辐射跃迁将大部分发生，其中跳跃的电子将其形状从s波改变为p波，从p波改变为d波，等等
胡说，在正常的、非极端的条件下，“人们很难看到电子通过发射或吸收光子在相同的形状之间跳跃，从s波到s波，从p波到p波
" 然而，正如胡和他的同事发现的那样，当物质被如此紧密地挤压到奇异的态时，偶极选择规则常常被打破
“在恒星中心和实验室聚变实验的极端条件下，可以发生非偶极x光发射和吸收，这是以前从未想象过的，”胡说
用超级计算机研究Hedp 研究人员使用罗彻斯特大学综合研究计算中心和LLE的超级计算机进行计算
“由于高能激光和脉冲功率技术的巨大进步，‘带星星到地球’在过去的十几二十年里已经成为现实，”胡说
胡和他的同事使用密度泛函理论(DFT)计算进行研究，该理论提供了复杂系统中原子和分子之间键的量子力学描述
密度泛函理论方法最早在20世纪60年代被描述，是1998年诺贝尔化学奖的主题
自2000年以来，离散傅立叶变换计算一直在不断改进
LLE大学的科学家瓦伦丁·卡拉瑟夫是这篇论文的合著者，他的一项改进使得密度泛函计算能够包含核心电子
结果表明，在这些极端物质系统的X射线光谱中出现了新的发射/吸收谱线，它们来自于以前未知的IRT通道和偶极选择规则的破坏
胡(音译)和菲利普·尼尔森(Philip Nilson)是大学的一名高级科学家，也是这篇论文的作者之一，他们目前正在计划未来的实验，其中包括在的OMEGA激光设备上测试这些新的理论预测
该设备允许用户在纳秒时间尺度内创造奇异的HED条件，允许科学家在极端条件下探索物质的独特行为
“如果被实验证明是真的，这些新发现将深刻地改变目前在外来HED物质中辐射传输的处理方式，”胡说
“这些用密度泛函理论预测的新的发射和吸收通道在教科书中从未被考虑过
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