תיאור מדויק של חומר גרעיני בצפיפות נמוכה הוא חיוני להסבר הפיזיקה של קרום כוכבי נויטרונים, על פי צוות של פיזיקאים תיאורטיים בראשות המעבדה הלאומית של Argonneד"ר אלסנדרו לובאטו.
חֵלֶק קִדמִיet al. חקור קרומי כוכבי נויטרונים על ידי הדמיית חומר נויטרונים ולאחר מכן הוספת נויטרונים 'חבויים' כדי לתווך אינטראקציות בין נויטרונים 'אמיתיים'; בשלב הבא, רשתות עצביות בונות פונקציית גל קוונטית של השלב הנורמלי והעל-נוזלי של חומר נויטרונים. קרדיט תמונה: ג'יין קים, אוניברסיטת אוהיו.
הקרום הפנימי של כוכב נויטרונים הואמאופייןעל ידי נוכחות של נוזל-על נויטרונים.
נוזל על הוא נוזל שאין לו צמיגות. בכוכב נויטרונים, זה אומר שהנוזל העל מאפשר לנייטרונים לזרום ללא התנגדות.
כדי לחזות במדויק את תכונותיו של חומר נויטרונים ברמות האנרגיה הנמוכות ביותר שלו בצורת צפיפות נמוכה זו, חוקרים עורכים חישובים תיאורטיים המניחים בדרך כלל שניוטרונים מתחברים יחד ליצירת זוגות קופר.
"חומר גרעיני בצפיפות נמוכה המצוי בקרום של כוכבי נויטרונים מציג מבנה מורכב ומרתק המשתנה באופן משמעותי עם הצפיפות", אמרו ד"ר לובאטו ועמיתיו.
"בקרום החיצוני, גרעינים קשורים לגרעינים מיוננים לחלוטין. ככל שהצפיפות גדלה באזור זה, הגרעינים הללו הופכים עשירים יותר ויותר בניוטרונים, וכתוצאה מכך, ניסויים יבשתיים יכולים לקבוע ישירות את מיני הגרעינים הדומיננטיים הנמצאים בצפיפות נמוכה יותר."
הפיזיקאיםמְשׁוּמָשׁרשתות עצבים מלאכותיות לביצוע תחזיות מדויקות מבלי להסתמך על הנחה זו.
הם שינו את הגישה הסטנדרטית של 'חלקיקים בודדים' על ידי הצגת נויטרונים 'חבויים' המקלים על אינטראקציות בין הנייטרונים ה'אמיתיים' ומקודדים קורלציות קוונטיות של הרבה גופים.
זה מאפשר לזוגות של קופר להופיע באופן טבעי במהלך החישוב.
"הבנת נזילות-הניטרונים מספקת תובנות חשובות לגבי כוכבי נויטרונים", אמרו החוקרים.
"זה שופך אור על מנגנוני הקירור שלהם, הסיבוב שלהם ותופעות כמו תקלות - שינויים פתאומיים בקצב הסיבוב שלהם".
"למרות שאיננו יכולים לגשת ישירות לחומר כוכבי נויטרונים בניסוי, האינטראקציות הבסיסיות השולטות בהתנהגות החומר הזה זהות לאלו השולטות בגרעיני האטום על פני כדור הארץ."
"חוקרים עובדים על בניית אינטראקציות גרעיניות פשוטות, אך מנבאות."
"פתרון מדויק של בעיית הגופים הרבים הקוונטיים הוא חלק מכריע בהערכת איכות האינטראקציות הללו."
"העבודה שלנו משתמשת באינטראקציות פשוטות שמתאימות היטב עם חישובים קודמים המניחים אינטראקציות הרבה יותר מורכבות."
חומר נויטרונים בצפיפות נמוכה מאופיין בתופעות קוונטיות מרתקות, כמו היווצרות של זוגות קופר והופעת נזילות-על.
"השתמשנו ברשתות עצביות מלאכותיות לצד טכניקות אופטימיזציה מתקדמות כדי לחקור את משטר הצפיפות הזה", אמרו המדענים.
"באמצעות מודל מפושט של האינטראקציות בין נויטרונים, חישבנו את האנרגיה לכל חלקיק והשווינו את התוצאות לאלו שהתקבלו מאינטראקציות מציאותיות ביותר".
"גישה זו תחרותית עם שיטות חישוב אחרות בשבריר מהעלות."
_____
ברייס פורet al. 2024. חקירת הקרום של כוכבי נויטרונים עם מצבים קוונטיים של רשת עצבית. arXiv: 2407.21207
ברייס פורet al. 2023. דלל חומר של כוכבי נויטרונים ממצבים קוונטיים של רשת עצבית.פיזי. כומר מחקר5 (3): 033062; doi: 10.1103/PhysRevResearch.5.033062
