令人难以置信的宇宙条件:将中子星带到地球上

两个半透明球体碰撞

艺术家的印象显示出两个半透明的球体,代表锡核,碰撞和破碎在淋浴的五颜六色的碎片中。在这些碎片中,代表质子,中子和簇的碎片是单一的,作为另一个透亮球体,其中两个较小的球体,代表夸克,内部。信用:罕见同位素梁的erin o'donnell /设施

由密歇根州立大学领导的国际研究团队帮助在日本的RIKEN的重离子加速器上创造了宇宙状况。

想象一下,湖密歇根湖的所有水 - 超过一个四大加仑 - 并将其挤成4加仑的桶,你在五金店找到的那种。

对数字的快速审查表明,这应该是不可能的:这太多了东西而且没有足够的空间。但这种古怪的密度是称为中子恒星的天体的定义特征。这些明星只有15英里,但由于一些极端的物理,它们比我们的阳光更多的群体。

来自密歇根州立大学的研究人员领导,国际合作现已仿效中子星在地球上的宇宙条件更好地探讨了极端科学。该团队在期刊中分享了结果物理评论信2021年4月19日。

对于实验,团队选择锡,以帮助创造一个丰富的中子浓密的核汤,帮助它更加密切地模仿中子恒星的环境。该团队加速了由锡核制成的梁,以近三分之二的速度在日本Riken Nishina Centr为基于加速器的科学中心的光速。该研究由美国能源办事处核物理学办公室资助,或者DOE-SC,以及教育,文化,体育,科学技术部 - 日本,日本MEXT。

贝蒂曾

MSU国家超导回旋卢斯实验室的核科学与研究员贝蒂曾。信用:MSU

研究人员通过薄的锡靶或箔,将光束枪管发送到粉碎一起锡核。核心碎片和仅仅是一个瞬间 - 十亿亿亿秒 - 残骸存在于称为质子和中子的核积木的超密集区域。虽然这种环境是短暂的,但它已经存在足够长的时间来创造稀有颗粒的稀有颗粒(这是发音为“馅饼” - “PI”来自希腊字母π)。

通过创建和检测这些关节,该团队使科学家能够更好地答案有关核科学和中子恒星的挥之不去问题。例如,这项工作可以帮助科学家更好地表征内部压力,使中子恒星在其自身的重力下塌陷并成为黑洞。

“除了中子之星内,我们在其他地方进行的实验不能在其他地方完成,”国家超导回旋卢利实验室教授,在MSU,核科学研究员·核科学研究员教授贝蒂曾荫权。

不幸的是,科学家无法在中子恒星内设置商店。除了起泡的温度和破碎的重力,最近的中子明星距离约400岁。

然而,在宇宙中的另一个地方,科学家可以观察到这种令人难以置信的密度的物质。这是在粒子加速器实验室中,科学家们可以将原子或核的核心粉碎在一起,以将大量的核物质挤压成非常微小的体积。

当然,这也不是Cakewalk。

威廉林奇

威廉林奇,核物理教授在MSU物理与天文学系,自然科学院。信用:MSU

“实验非常困难,”曾荫说。“这就是为什么团队对此感到非常兴奋。”MSU物理学和天文学系核物理教授曾和威廉林奇,领先国际团队研究人员的斯巴达队。

为了实现本研究中的集体目标,协作机构各自为他们的优势发挥作用。

“这就是为什么我们累积合作者,”曾荫说。“通过扩大小组并邀请真正了解他们在做什么的人来解决问题。”

MSU是美国排名第一的核物理研究生课程的家园,率先建造了磁带探测器。称为SπRIT时间投影室的仪器是用来自德克萨斯州A&M大学和riken的合作者建造的。

RIKEN的粒子加速器提供了创造环境中的能量和富中子富含型核心,以使环境清除中子明星。来自技术大学的研究人员,德国达姆施塔特贡献了锡的目标,必须满足严格的规格。来自亚洲和欧洲其他机构的学生,工作人员和教师帮助建立了实验并分析了数据。

RIKEN的加速器的这个实验有助于在能量和密度方面推动对新的高度,但有更多的挑战。

当稀有同位素梁或FRIB的设施在2022年进行运营时,它也承诺成为核科学中国际合作的枢纽。该设施将独特地装备,继续探索核系统在极端能量和密度的行为。

“当FRIB上网时,它将给我们更多的光束,让我们更精确测量,”曾荫权。“这将让我们了解中子恒星的内部更好并发现更加有趣,更令人惊讶的事情。”

参考:J.Estee等人的参考:“用频谱比率探测对称能量”。(SINRIT COLLABORATION),2021年4月19日,物理评论信
DOI:10.1103 / physrevlett.126.162701

DOE-SC在授权号DOE DESC0004835,DOE DESC0014530和DOE-SC0021235中支持这项工作。

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