碳解锁:高级模拟反射核秘密

突破式研究揭示碳内部结构原子学核心突出Hoyle状态的重要性 并提供核粒子配置新知识研究为核物理的进一步发现铺路

内部碳原子核长什么样密歇根州立大学Forschungszentrum Jülich和波恩大学最近进行的一项研究为这一问题提供了第一个综合解答

研究者模拟核所有已知能量状态包括疑惑Hoyle状态如果它不存在,碳和氧只在微小微迹中存在于宇宙中归根结底,我们也欠它我们自己生存研究发布于杂志自然通信.

核心组成和动态

核心碳原子通常由六质子和六中子组成具体安排方式当核受高能辐射攻击时,它们的配置会如何改变?数十年来 科学一直在寻找答案 这些问题原因不单在于它们能提供谜题的密钥,而谜题久拖不决:为什么空间里有相当量的碳-原子没有原子地球上就没有生命?

宇宙元素进化

归根结底 后院大爆炸中文本仅含氢和氢核由单质子组成2质子和2中子合二合二合二合二合二合二合二合二合二合二合二合二合二合二合二合二合二合二合二合二合二合二合二合二合二合二合二合二合二合二合二合二合二合二合二合二合二合二合二合二合二合二合二合二合二合二合二合二合二所有重元素仅数亿年后由老星生成核以巨大压力和极高温度嵌入碳核需要三核并发

教授解释道,“但实际上不太可能发生这种情况”。博士布尔大学Helmholtz辐射核物理学院和ForschungszentrumJülich高级模拟学院Ulf Mei原因:核加在一起比碳核高得多

然而,这并不意味着它们特别容易装合-正相反:它仿佛三个人想跳上旋转木马但由于比旋转旋转速度快得多,所以无法成功

Hoyle状态:碳编译密钥

早在1950年代, 英国天文学家Fred Hoyle便假设 三合金核首先聚在一起 形成一种过渡状态Hoyle状态和Hellium核有非常相似的能量留在图片中:它快速滑动版旋转木马,因此三位乘客很容易跳上它万一发生,旋转木马慢化为正常速度

并加入波恩大学跨学科研究区Meizener表示:「只有绕道Hoyle状态才能产生碳量”。

高级模拟技术

大约十年前,他与美国同事Forschungszentrum Jülish和Ruhr-Universität Bochum一起首次成功模拟Hoyle州

即时知道碳核质子和中子是如何排列于此状态的然而,我们无法肯定地证明这一假设属实

借助先进方法 研究者现已成功基本基于约束性:在现实中质子和中子-核-可定位空间任何地方团队限制自由使用三维阵列节点上布置核粒子 Meiner解释所以我们只允许某些严格定义位置

计算时间:五百万处理器时

多亏此限制 核子运动算法核粒子因距离而异,任务复杂研究者们还用微小不同的起始条件运行数百万次模拟允许他们看到质子和中子最有可能在哪里

计算碳核所有已知能量状态JEWELS超机ForschungszentrumJülish计算共需要约500万处理工时,数以千计处理工同时工作

发布Nucleus结构

结果有效提供碳核图像证明核粒子并不存在物理论家解释道 由二中子和二质子组成表示三合金核组成碳核后 仍可检测视能状态而定,它们存在于不同的空间编队中-或排列成等分三角形或像略角弯臂-肩膀、肘接头和手腕都由聚类占用

广度核物理

研究不仅允许研究人员更好地了解碳核物理mainer:“我们开发的方法很容易用于模拟其他核并必导全新洞见。”

参考文献:ShihangShen,Serdar Elhatisari和TimoLahde、Dean Lee、Bing-NanLu和Ulf-G美元2023年5月15日自然通信.
DOI: 10.1038/s41467-023-38391-y

Forschungszentrum Jülich、密歇根州立大学(USA)、中国工程物理院和波恩大学都参与了研究。德国研究基金会、中国自然科学基金会、中国科学院、Volkswen基金会、欧洲研究理事会、美国提供资金使这项工作成为可能能源部、核计算低能倡议和高斯超计算中心e.V.