核子相互作用是量子相变的关键

由北卡罗来纳州立大学领导的研究揭示了质子和中子结合甚至经历量子相变的方式。这项工作对于理解核相互作用与自然界中发现的核结构之间的联系具有重要意义。

北卡罗来纳州物理学家Dean Lee和合作者有兴趣弄清楚质子和中子如何结合形成原子核。这些粒子是宇宙的基石，它们聚集在一起形成核，如氦-4或α粒子，后者又在恒星内的碳和氧的合成中发挥作用。

质子和中子可以旋转或旋转，这四个不同的核子可以组合形成核。由于相同类型和自旋的两个核子不能占据相同的状态，因此氦-4核是特殊的，因为它由每种类型的核子中的一种组成 - 质子和中子的旋转和旋转变化。

Lee和来自波恩大学，波鸿大学，Forschungszentrum Juelich和密西西比州立大学的同事在数值晶格上进行了量子蒙特卡罗模拟，以预测质子和中子如何形成核，以及这些原子核如何相互作用。他们专注于核子之间相互作用的形式。具体而言，他们考虑了两种类型的相互作用：局部相互作用，其中粒子相对于彼此的位置不会改变; 和非本地互动，其中职位确实发生变化。

Lee和他的同事对由局部和非局部相互作用形成的多达20个核子的核进行了模拟。他们最初的目的是使模拟更有效率，但他们很快发现了一些更有趣的东西。

“我们发现了一个我们没想到的量子相变，”Lee说。“当我们使用核子的局部相互作用将两个氦-4核或α粒子放在一起时，它们粘在一起，但是在非局部相互作用下它们没有。在零温度下α粒子之间的相互作用决定了我们是否最终使用玻色气体或核液体。这些α粒子相互作用取决于核子相互作用的强度和局部性。

“这告诉我们的是，大自然本身已接近我们以前从未见过的不稳定性，”李补充道。“如果你改变了一个小参数，我们宇宙中的东西可能会非常不同。这些模拟为力量与结构的连接提供了一个很好的窗口。”