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艺术渲染图:两个半透明的球体(划分代表锡原子核)相互碰撞破散落一阵五彩斑斓的碎片。在这些代表质子、中子和其簇的碎片中,有一个介子。图中显示为另一个内部带有两个较小球体的半透明球体,这两个较小球体则代表夸克。

新浪科技讯 北京时间5月3日新闻,想象一下,把密歇根湖中的所有水――约莫跨越一万万亿加仑――所有倒入一个在寻常五金店里可以找到的那种四加仑水桶中。直觉告诉我们,这是不能能的:水太多,桶太小。然则,这种不寻常的密度却是宇宙天体中子星的一个界说特征。中子星直径约莫只有15英里,然而由于某些极端的物理学缘故原由,它们的质量要大于我们的太阳质量。

不外最近,密歇根州立大学向导的一个国际研究小组乐成地在地球上模拟出中子星的宇宙状态,以更好地探讨这种极端科学。

在实验中,研究小组选择用锡来缔造富含中子的致密核汤,以更近似地模拟中子星的环境。在日本理化研究所仁科加速器科学研究中央,研究团队将一束锡原子核组成的粒子束加速至靠近三分之二光速的速率。

随后,研究职员让该高速行进的粒子束穿过薄薄的锡靶(或锡箔),来撞击锡原子核。原子核破碎以及残骸存在的那一瞬间(仅万亿分之一秒中的十亿分之一秒)犹如原子核组成要素――中子和质子――的超浓密区域。只管这种环境稍纵即逝,但存在时间却也足够长,可以发生介子这种有数粒子。

通过缔造和检测这些介子,研究小组可以让科学家更好地解答和核科学与中子星有关的恒久以来令人疑心的难题。例如,这项研究可以辅助科学家更好地形貌这种――可以防止中子星在其自身引力下塌缩进而变为黑洞的――内部压力。

密歇根州立大学国家超导盘旋加速器实验室核科学教授兼研究员Betty Tsang

密歇根州立大学国家超导盘旋加速器实验室核科学教授兼研究员Betty Tsang说:“我们做的实验无法在其他地方发生,除了在中子星内部。”

遗憾的是,科学家无法在中子星内部搭建一个实验室。除了超高的温度和壮大的引力之外,最近的中子星离我们也有约400光年那么遥远。

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不外,宇宙中尚有另外一个地方,可以让科学家考察到物质聚积地云云致密的征象:粒子加速器实验室。在粒子加速器实验室里,科学家可以通过撞击原子核的设施将大量核物质压缩到异常小的体积内。

固然,现实历程远非文字形貌那么简朴。

密歇根州立大学物理与天文学系核物理教授威廉・林奇

Betty Tsang继续说:“实验异常难题。也因此,我们团队这实验效果感应尤其兴奋。”密歇根州立大学物理与天文学系核物理教授威廉・林奇和Betty Tsang为该国际研究小组的两位向导研究员。

为了实现他们在这项研究中的配合目的,介入实验的各个相助机构各自觉挥了自身的优势。Betty Tsang说:“这就是我们选择相助的缘故原由。我们通过扩大团队规模和约请真正清晰自己研究领域的人来配合解决问题。”

密歇根州立大学牵头制作了这台介子检测器。这台装备名为“SπRIT Time Projection Chamber”,由来自德州农工大学与日本理化研究所的协作职员配合制作。

理化研究所的粒子加速器提供了不能或缺的能量和有数的富含中子的锡原子核,以缔造类似中子星的环境。来自德国达姆施塔特工业大学的研究职员孝顺了必须知足严苛规格的锡靶。其他亚洲和欧洲机构的学生与教职员工协助搭建实验并剖析数据。

在理化研究所加速器上举行的这项实验有助于将我们对能量和密度的明晰推向新的高度,但仍有许多挑战有待解决。

2022年,有数同位素束装备(FRIB)投入使用时,该装备有望成为核科学领域的国际相助中央。该装备也将具有怪异设施,可以继续探索核系统在极端能量和密度下的行为。

Betty Tsang说:“当FRIB上线后,它将为我们提供更多粒子束选择,并辅助我们开展加倍正确的丈量。届时,我们有望进一步领会中子星的内部情形,并发现更为有趣、更令人惊讶的隐秘。”(匀琳)

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