北卡罗来纳州立大学和密歇根州立大学的一项新研究为低能核反应建模开辟了一条新途径，低能核反应是恒星内部元素形成的关键。这项研究为计算粒子带电时核子如何相互作用奠定了基础。
这项研究发表在《物理评论快报》上。
预测原子核——由质子和中子组成的簇，统称为核子——结合形成更大的复合原子核的方式，是理解恒星内部元素形成方式的重要一步。
由于相关的核相互作用很难通过实验测量，物理学家使用数值晶格来模拟这些系统。在这种数值模拟中使用的有限晶格本质上就像一个假想的盒子，围绕着一组核子，使物理学家能够计算由这些粒子组成的原子核的性质。
但是到目前为止，这种模拟还缺乏一种方法来预测控制由多个质子产生的带电团簇的低能反应的性质。这一点很重要，因为这些低能反应对恒星中元素的形成至关重要。
“虽然‘强核力’将质子和中子束缚在原子核中，但质子之间的电磁斥力在原子核的整体结构和动力学中起着重要作用，”北卡罗来纳州立大学物理学助理教授、该研究的通讯作者塞巴斯蒂安K?nig说。
K?nig说:“这种力在最低能量处特别强，在那里发生了许多重要的过程，合成了构成我们所知道的世界的元素。”“但理论预测这些相互作用是具有挑战性的。”
所以K?nig和同事们决定逆向研究。他们的方法着眼于晶格内反应的最终结果——化合物核——然后回溯到发现反应中涉及的性质和能量。
“我们不是在计算反应本身;相反，我们关注的是最终产品的结构，”K?nig说。“随着我们改变‘盒子’的大小，模拟和结果也会发生变化。从这些信息中，我们实际上可以提取出决定这些带电粒子相互作用时会发生什么的参数。”
“这个公式的推导出乎意料地具有挑战性，”北卡罗来纳州立大学的研究生、该研究的第一作者余航补充说，“但最终的结果相当漂亮，具有重要的应用价值。”
根据这些信息，该团队开发了一个公式，并根据基准计算对其进行了测试，基准计算是通过传统方法进行的评估，以确保结果准确，并为未来的应用做好准备。
K?nig说:“这是一项背景工作，它告诉我们如何分析模拟，以便提取我们需要的数据来改进核反应的预测。”“宇宙是巨大的，但要了解它，你必须看看它最微小的组成部分。这就是我们在这里所做的——专注于小细节，以更好地为我们对大局的分析提供信息。”
北卡罗来纳州立大学研究生余航是这项研究的第一作者。Dean Lee是密歇根州立大学稀有同位素束研究中心的物理学教授和理论核科学系主任，他是这项研究的合著者。李以前在北卡州立大学，现在仍然是北卡州立大学的兼职物理学教授。
