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  在费米子系统下,原子核既有液体特征,又有类似于分子的特征。据物理学家组织网7月30日报道,最近法国一个研究小组通过模拟中子星提出了一种新模型,将这两方面统一起来,并首次证明了核子聚集成簇的一个必要条件。核子的类分子性质有助于人们理解元素是怎样合成的,而这是生命出现的关键。相关论文发表在最新一期《自然》杂志上。

  在描述原子核的时候,科学家通常把它当作是一滴直径约为千万亿分之一米的量子液。一方面,在研究包含大量质子和中子的重核裂变时,这种类似液体的性质能提供合理的解释;另一方面,轻原子核却像是由中子和质子构成的微小的“分子”或“原子簇”。在从铍到镍这些轻核中,聚集成簇是常见特征。

  “分子—原子核”和“液态—原子核”这两种观点同时存在。最近,来自巴黎第十一大学核物理研究所、法国原子能委员会(CEA)的一个研究小组和克罗地亚萨格勒布大学合作,提出把这两方面统一起来的新模型。

  研究人员找到了一种原子核从液态转化到晶体状态的机制,并以氖-20为例,用能量密度函数的理论框架,涵盖了原子核的簇状态和量子液两个方面特征。通过方程显示,聚簇条件与界定原子势深度有关,势的深度决定了单个核子轨道的能量间隔,也就是相应波函数的区域,由此决定了原子核聚集的密度,这是核子聚集成簇的一个必要条件。

  研究人员解释说,轻原子核更多表现出类分子的行为(倾向于变成结晶状态),重原子核则表现出更多类似液体的行为。当中子和质子之间的相互作用不够强,不足以将它们固定在原子核内时,它们就会处于一种量子液的状态,质子和中子离开原位。反过来,在晶体状态时,核内中子和质子固定在一定间隔距离内,“原子核分子”就处于一种量子液和晶体的中间态。

  此外,他们还预测了会出现更多明显的聚簇结构,研究的长期目标是对各种状态的原子核形成统一理论。(常丽君)