麻省理工学院朱棣文教授 信用:Pixabay/CC0公共域 气体中的原子看起来就像是纳米级狂欢派对上的派对，粒子快速移动，配对，然后以看似随机的方式再次飞走
然而，物理学家已经提出了预测这种行为的公式，即使原子非常接近，可以以复杂的方式相互拉扯
单个原子的原子核内的环境似乎是相似的，质子和中子也在周围跳舞
但是因为原子核是一个如此紧凑的空间，科学家们一直在努力确定原子核中这些被称为核子的粒子的行为
描述相距甚远的核子相互作用的模型在粒子配对并近距离相互作用时会崩溃
现在，一个由麻省理工学院领导的团队使用世界上最强大的超级计算机模拟了几种原子核中质子和中子的行为
该团队探索了一系列核相互作用模型，令人惊讶地发现，描述原子在气体中行为的公式可以推广到预测质子和中子在原子核内近距离的相互作用
当核子之间的距离小于1毫微微米——1万亿分之一米——时，研究人员发现了另一个惊喜:这些粒子以同样的方式配对，不管它们是居住在像氦这样的小原子核中，还是像钙这样更拥挤的原子核中
“这些短程配对并不真正关心他们的环境——无论他们是在一个大型聚会上还是在一个五人聚会上，这都没关系——他们将以同样的普遍方式配对，”作为麻省理工学院物理研究生参与领导这项工作的雷尼尔·克鲁兹-托雷斯说
这种短程行为可能对所有类型的原子核都是普遍的，例如放射性原子中密度更大、更复杂的原子核
麻省理工学院物理学助理教授奥尔·亨说:“人们没想到这种模型会捕捉到原子核，而原子核是物理学中最复杂的物体。”
“尽管原子和原子核的密度相差超过20个数量级，我们仍然可以找到这种普遍的行为，并将其应用于核物理中的许多公开问题
" 该团队今天在《自然物理学》杂志上发表了他们的研究结果
麻省理工学院的合著者包括核科学实验室的附属研究机构阿克塞尔·施密特，以及来自希伯来大学、洛斯阿拉莫斯和阿尔贡国家实验室以及其他各种机构的合作者
派对情侣 母鸡试图理解在极短的距离内质子和中子之间混乱的相互作用，众所周知，在非常小而致密的原子核环境中，核子之间的拉力和拉力很难确定
多年来，他一直想知道原子物理学中一个被称为接触形式主义的概念是否也适用于核物理和原子核的内部工作
非常宽泛地说，接触形式主义是一种通用的数学描述，它证明了云中原子的行为取决于它们的尺度:彼此相距甚远的原子遵循某种物理规律，而非常接近的原子遵循完全不同的物理规律
每一组原子都在进行相互作用，而忽略了另一组原子的行为
例如，根据接触形式主义，总是会有一定数量的超近对，不管云中其他更远的原子在做什么
他想知道接触形式主义是否也可以描述原子核内的相互作用
“我认为你不可能看到这种美丽的形式主义，这是原子物理学的一场革命，但我们不能让它在核物理中发挥作用，”母鸡说
“这只是太多的联系
" “在人类的尺度上” 研究人员首先与希伯莱大学的罗恩·韦斯和尼尔·巴尼亚合作，他们领导了原子接触形式主义的理论推广，描述了相互作用粒子的一般系统
然后，他们着眼于模拟小而密集的核环境中的粒子，以观察短程核子之间是否会出现行为模式，这种行为模式与广义接触形式所预测的长程核子的行为模式完全不同
该小组模拟了几个轻原子核内的粒子相互作用，从氦中的三个核子到钙中的40个
对于每一种类型的原子核，他们运行一个随机采样算法来生成一个电影，显示给定原子核中的每个质子和中子可能在一段时间内的位置
“在某个时间点上，这些粒子可能以一种方式分布，它们之间按照给定的方案相互作用，例如，这个粒子与那个粒子配对，而第三个粒子被踢走
然后，在另一个时间段，它们将被不同地分配，”合著者迭戈·隆扎多尼解释道，他是洛斯阿拉莫斯国家实验室和密歇根州立大学的物理学家
“所以我们一次又一次地重复这些计算，以达到平衡
" 为了看到任何一种平衡或模式的出现，该团队必须模拟每一个粒子之间所有可能的物理现象，为每一种类型的原子核生成数千张快照
进行这种数量的计算通常需要数百万小时的处理时间
“要完成计算，我的笔记本电脑需要的时间超过了宇宙的年龄，”母鸡说
“如果你将计算结果分配给10000个处理器，你可以在一段时间内得到人类的计算结果
" 因此，该团队使用洛斯阿拉莫斯和阿尔贡国家实验室的超级计算机——世界上一些最强大的计算机——来并行分配工作
运行模拟后，他们绘制了他们模拟的每种类型的核子的分布图
例如，对于一个氧核，他们发现一定百分比的核子在1费米以内，另一个百分比稍微近一些，等等
令人惊讶的是，他们发现，对于长程核子来说，不同类型核子的分布差异很大
但是对于相距不到1毫微微米的短程核子来说，跨越原子类型的分布看起来是完全相同的，不管核子是居住在超轻氦核还是密度更大的碳核
换句话说，短程核子的行为独立于它们的大尺度环境，类似于通过接触形式描述原子行为
“我们的发现提供了一种新的简单方法来确定核分布的短距离部分，结合现有的理论，基本上可以得到完整的分布，”亨说
“有了这个，我们可以测试中微子的性质，计算中子星的冷却速率，以及其他一些公开的问题
"
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
