在致密的核物质中，夸克“排成一行”，基本上变成一维的。考虑到单维度加上时间的计算可以跟踪低能量激发如何在核物质中波动。来源:布鲁克海文国家实验室
布鲁克海文国家实验室的科学家们使用二维凝聚态物理来理解中子星中的夸克相互作用，简化了对这些密度最大的宇宙实体的研究。这项工作有助于描述致密核物质中的低能激发，并可能揭示极端密度下的新现象，推动中子星研究的进步，并与重离子碰撞进行比较。
科学
了解核物质的行为——包括构成原子核的质子和中子的夸克和胶子——是极其复杂的。这在我们的三维世界中尤其如此。来自凝聚态物理的数学技术只考虑一个空间维度(加上时间)的相互作用，极大地简化了这一挑战。利用这种二维方法，科学家们解决了描述低能量激发如何在致密核物质系统中产生涟漪的复杂方程。这项工作表明，中子星的中心，在自然界中存在如此密集的核物质，可能会以一种意想不到的形式来描述。
的影响
能够理解二维夸克的相互作用为理解中子星打开了一扇新的窗口，中子星是宇宙中密度最大的物质形式。这种方法可以帮助推进目前研究这些奇异恒星的“黄金时代”。最近宇宙中引力波和电磁辐射的发现引发了研究成功的激增。这项工作表明，对于低能量激发，三维夸克相互作用的所有复杂性都消失了。这些低能激发是中子星发射辐射或自身旋转磁场引发的轻微扰动。这种方法还可以与重离子碰撞中产生的密度较低但温度更高的核物质中的夸克相互作用进行新的比较。
总结
被称为量子色动力学的现代原子核理论涉及到被强核力束缚的夸克。这种由胶子携带的力将夸克限制为核子(质子和中子)。当核物质的密度增加时，就像在中子星内部一样，密集的系统表现得更像大量的夸克，单个核子之间没有明显的边界。在这种状态下，系统边缘的夸克仍然受到强作用力的限制，因为球面系统一侧的夸克与另一侧的夸克发生了强烈的相互作用。
布鲁克海文国家实验室的研究人员利用这种强相互作用的一维性质，加上时间的维度，来解决系统边缘附近低能量激发的行为。这些低能量模式就像一个自由的、无质量的玻色子，在凝聚态物质中被称为“卢廷格液体”。这种方法允许科学家计算任何给定密度下的卢廷格液体的参数。这将提高他们探索中子星内部极端密度下的定性新现象的能力，在中子星中，核物质的行为与普通原子核中完全不同，并将其与重离子碰撞中产生的更热(万亿度)密度的核物质进行比较。
参考文献:“当1+1和3+1维度的冷密夸克不是费米液体时”，作者:Marton Lajer, Robert M. Konik, Robert D. Pisarski和Alexei M. Tsvelik, 2022年3月30日，物理评论D. DOI: 10.1103/ physrev .105.054035
这项研究是由能源部科学办公室资助的。
