阿貢國家實驗室領導的一組理論物理學家表示，對低密度核物質的準確描述對於解釋中子星地殼的物理學至關重要亞歷山德羅·洛瓦托博士。
福爾等人。通過模擬中子物質，然後添加“隱藏”中子來調節“真實”中子之間的相互作用來研究中子星外殼；接下來，神經網絡構建中子物質正常相和超流相的量子波函數。圖片來源：Jane Kim，俄亥俄大學。
中子星的內殼是特徵化的由於中子超流體的存在。
超流體是沒有粘度的流體。在中子星中，這意味著超流體允許中子無阻力地流動。
為了準確預測中子物質在這種低密度形式的最低能級下的特性，研究人員進行了理論計算，通常假設中子結合在一起形成庫珀對。
洛瓦托博士和他的同事說：“在中子星地殼中發現的低密度核物質表現出一種複雜而迷人的結構，該結構隨密度的變化而顯著變化。”
“在外地殼中，核子與完全電離的原子核結合在一起。隨著該區域密度的增加，這些原子核變得越來越富含中子，因此，地面實驗只能直接確定以較低密度存在的主要核種類。”
物理學家們用過的人工神經網絡無需依賴此假設即可做出準確的預測。
他們通過引入“隱藏”中子來修改標準的“單粒子”方法，這些中子促進“真實”中子之間的相互作用並編碼量子多體關聯。
這使得庫珀對在計算過程中自然出現。
研究人員說：“了解中子超流性可以為了解中子星提供重要的見解。”
“它揭示了它們的冷卻機制、旋轉以及故障等現象——旋轉速率的突然變化。”
“雖然我們無法通過實驗直接獲取中子星物質，但控制這種物質行為的基本相互作用與控制地球上原子核的基本相互作用相同。”
“研究人員正在努力構建簡單但可預測的核相互作用。”
“準確解決量子多體問題是評估這些相互作用質量的關鍵部分。”
“我們的工作使用簡單的交互，這與之前假設更複雜的交互的計算非常吻合。”
低密度中子物質的特點是令人著迷的湧現量子現象，例如庫珀對的形成和超流性的開始。
“我們使用人工神經網絡和先進的優化技術來研究這種密度狀態，”科學家們說。
“使用中子之間相互作用的簡化模型，我們計算了每個粒子的能量，並將結果與高度真實的相互作用獲得的結果進行了比較。”
“這種方法與其他計算方法相比具有競爭力，而且成本僅為其他方法的一小部分。”
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布萊斯·福爾等人。 2024 年。用神經網絡量子態研究中子星的外殼。 arXiv：2407.21207
布萊斯·福爾等人。 2023. 從神經網絡量子態中稀釋中子星物質。物理。修訂研究5（3）：033062； doi: 10.1103/PhysRevResearch.5.033062
