解锁中子星旋转异常量子模拟的见解

由弗朗西斯卡·费莱诺和马西莫·曼纳雷利领导的量子物理学家和天体物理学家之间的合作在理解中子星故障方面取得了重大突破。他们能够用超冷偶极原子对这种神秘的宇宙现象进行数值模拟。这项研究现已发表在《物理评论快报》上，它在量子力学和天体物理学之间建立了牢固的联系，并为地球恒星物体的量子模拟铺平了道路。

自从 1967 年首次检测到中子星特征以来，中子星就一直让科学家们着迷又困惑。中子星以其周期性的闪光和快速旋转而闻名，是宇宙中密度最大的物体之一，其质量与太阳相当，但被压缩成球体直径仅约20公里。

这些恒星物体表现出一种被称为“故障”的奇特行为，即恒星突然加速旋转。这种现象表明中子星可能部分是超流体。在超流体中，旋转的特点是有许多微小的漩涡，每个漩涡都带有一小部分角动量。当这些漩涡从恒星的内壳逃逸到其固体外壳时，就会出现故障，从而增加恒星的旋转速度。

这项研究的关键在于“超固体”的概念——一种表现出晶体和超流体特性的状态——预计它是中子星故障的必要成分。量子化漩涡在超固体内筑巢，直到它们集体逃逸并被恒星的外壳吸收，从而加速其旋转。最近，超固相已在超冷偶极原子实验中实现，为模拟中子星内的条件提供了独特的机会。

因斯布鲁克大学、奥地利科学院、意大利格兰萨索国家实验室和格兰萨索科学研究所的研究人员进行的研究表明，超冷超固体中可能会出现故障，作为中子内部的通用模拟星星。这种开创性的方法可以详细探索故障机制，包括其对超固体质量的依赖性。

“我们的研究在量子力学和天体物理学之间建立了紧密的联系，并为中子星的内在本质提供了新的视角，”第一作者埃琳娜·波利说。故障为了解中子星的内部结构和动力学提供了宝贵的见解。通过研究这些事件，科学家可以更多地了解极端条件下物质的特性。

弗朗西斯卡·费莱诺说：“这项研究展示了一种深入了解中子星行为的新方法，并为低能地球实验室对恒星物体进行量子模拟开辟了新途径。”