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科研动态

弘深青年教师王锶博与合作者在极端同位旋条件下的核物质及中子星性质研究中取得新进展

作者:点击次数:更新时间:2022年08月30日

中子星是宇宙中最致密的可见天体,其中心密度可以达到5-10倍核物质饱和密度,远远超过地面实验室可以达到的范围。如果将太阳压缩成一颗中子星,那么它的半径将只有10公里左右,约等于从天安门广场到北京奥利匹克公园直线距离。结合天文观测和理论方法来研究致密中子星物质的状态方程(EOS),已经成为天体物理、粒子物理和核物理共同感兴趣的前沿热点之一。

在研究EOS的诸多核多体理论方法中,基于真实核力的相对论Brueckner-Hartree-Fock (RBHF)理论自洽考虑了重要的三体力效应,在中子星性质研究中具有独特的优势。为了简化计算,已有研究工作通常忽略Dirac方程负能解贡献的基础上,引入投影方法或者动量无关近似方法提取与核物质性质密切相关的重要物理量——单粒子势,从而导致RBHF理论的计算结果具有不确定性。

最近,物理学院弘深青年教师王锶博和合作者从Bonn势出发,同时考虑Dirac方程的正负能解,克服了在完备的Dirac空间中构建核力矩阵元和求解散射方程的困难,实现了完备Dirac空间中核物质RBHF方程的自洽求解,唯一确定了单粒子势的动量、密度和同位旋依赖性,澄清了近25年来其他近似方法对Dirac质量同位旋劈裂符号的争议。完备Dirac空间的RBHF计算表明,1.4倍太阳质量中子星的半径约为12 km, 中子星的最大质量小于2.4倍太阳质量,所得结果满足引力波天文学时代下天文观测对理论模型的约束(见图1)。

1. 基于真实核力Bonn A, B, C, 完备Dirac空间中的RBHF理论预言的中子星质量-半径关系。水平阴影带表示大质量中子星的天文观测,深蓝和浅蓝阴影区域分别表示NICER团队分析中子星PSR J0030+0451数据给出的质量和半径的联合置信区间,上方水平灰色阴影区域表示引力波信号GW190814的次级致密天体的质量范围,左上角灰色阴影区域表示因果律极限。

2022826日,相关研究成果以基于完备Dirac空间中的相对论第一性原理方法研究非对称核物质和中子星物质Asymmetric nuclear matter and neutron star properties in relativistic ab initio theory in the full Dirac space)为题,以快报(Letter)形式发表于国际知名的核物理期刊《物理评论C》(Physical Review C);重庆大学物理学院弘深青年教师王锶博为第一作者,北京大学物理学院孟杰教授为通讯作者。其他作者包括天津师范大学童辉博士、韩国基础科学研究所赵强博士、南开大学王宸璨博士和慕尼黑工业大学Peter Ring教授。

上述研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中央高?;究蒲幸滴穹?、北京大学高性能计算平台和大阪大学核物理研究中心等支持。

论文原文链接:https://journals.aps.org/prc/abstract/10.1103/PhysRevC.106.L021305


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