【VIEW & PERSPECTIVE】美国德州农工大学李宝安教授 | 赏味核意面：经典分子动力学模拟初探
VIEW & PERSPECTIVE
Bao-An Li, Tasting nuclear pasta made with classical molecular dynamics simulations, Front. Phys. 16(2), 24302 (2021)
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https://journal.hep.com.cn/fop/EN/pdf/10.1007/s11467-020-1043-8)
REVIEW ARTICLE
Jorge A. López, Claudio O. Dorso, and Guillermo Frank, Properties of nuclear pastas, Front. Phys. 16(2), 24301 (2021), arXiv: 2007.07417
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https://journal.hep.com.cn/fop/EN/pdf/10.1007/s11467-020-1004-2)
作为宇宙中密度最大的可见物，中子星有许多神秘的性质有待理解。从穿过表面和壳层的外磁场到中子星的核心，有许多基本问题尚未解决。近年来，得益于孤立中子星的射电、X射线和引力波观测以及中子星并合等方面的研究进展，人们对中子星的最大质量、半径和潮汐形变的认识取得了长足进步。所有这些观测为中子星的物态方程、内部结构和组分的各种理论提供了一些所需的约束条件。然而，由于缺乏可用的数据——特别是直接来自中子星内部的无失真数据——和理论解释的模型依赖性，许多与中子星有关的谜团仍有待解决。因此理解中子星和致密富中子物质的诸多性质一直是天体物理学界和核物理学界的共同目标。
这些目标中最重要的一项就是探究中子星的结构、组分和形成机制。人们想象的中子星结构与地球类似，有大气层、包层、壳层、外核和内核等多层。据推测，中子星的外核是一种由中子、质子、电子、μ子、超子等组成的流体。当这种流体的密度向壳层方向降低时，该系统预计将进入旋节区：当温度足够低时，物质对小密度涨落的增长是动力学不稳定的。因此，空洞或核团在进入旋节区之前将根据系统的轨迹而演化，并标志着从均匀核区到非均匀壳层的转变。据估计，这种转变发生在内壳层，且精确的转变密度敏感地依赖于核对称性。十分有趣的是，由于表面张力和长程库仑力之间的竞争，空洞和核团可能有不同的形状：从靠近核心的球形空洞、圆柱形空洞到中子星表面的平板状、柱形和球形。由于它们分别与肉丸、面条、千层面、通心粉和大孔奶酪相似，所以统称为核意面。除了上述五种经典形状外，预测的还有螺旋体、双菱形、海绵状和停车场形等结构。有趣的是，在纳米材料、生物系统中也发现了类似的形状。形态各异的空洞和核团源于被势垒隔开的局部势能极小值。通常这些能量极小值彼此非常接近，因而各种形状的实现在某种程度上依赖于模型选择。从一种形状到另一种形状的转变敏感地依赖于核物理参数。在过去的三十年里，许多研究小组采用静态和动态两种方法，利用各种核相互作用和中子星组成假设，研究了核物质的形成、性质和相变。J. A. López, C. O. Dorso和G. Frank三位科学家的最新综述总结了他们在经典分子动力学模型下对核意面形态和热力学相变的系统研究。他们利用形态学和热力学工具——通过改变温度、密度、中子与质子的比率——来表征中子星壳层中的结构形态；他们绘制了核子物质和中子星物质的相图；他们还研究了临界点、形态相变以及团簇物质的对称能量对同位旋的依赖关系。考虑到可能的模型依赖性、一些鲜为人知但必要的核物理参数的影响、模拟中使用具有周期性边界条件以及经典模型本身的局限，分子动力学模拟在核意面研究中得到的结果兼具启发性和实用性。由于核意面可能存在于超新星的核心和中子星的壳层中，因此关于它的研究对于理解一些天体物理观测结果非常重要。比如，超新星爆炸、新生中子星冷却机制和相关的中微子输运、脉冲星自转突变、中子星上的四级矩形变或山脉形成以及相关的引力波辐射、中子星的扭转振荡频率及其相关的软伽马射线重复暴的巨大耀发光变曲线中的准周期振荡产生机制，都强烈地依赖于中子星壳层的性质。作者简介
Dr. Bao-An Li is a theoretical nuclear physicist. He is a Texas A&M University System Regents’ Professor at Texas A&M University-Commerce and an elected Fellow of the American Physical Society. Prof. Li received his Ph.D from Michigan State University in 1991. He held research, faculty and administrative positions at Oak Ridge National Laboratory in the U.S., Niels Bohr Institute in Denmark, Hahn-Meitner Institute in Germany, Texas A&M University in College Station and Arkansas State University before joining the Texas A&M University-Commerce in 2006 as the Head of the Department of Physics and Astronomy. His research interest is in understanding the dynamics of nuclear reactions from low to relativistic energies as well as the Equation of State of dense neutron-rich nucleonic matter and its astrophysical applications. Currently he serves as a division editor of our journal Frontiers of Physics (详情可复制此链接至浏览器查看：https://journal.hep.com.cn/fop/EN/2095-0462/home.shtml).
（整理：蔻享译团队 & FOP期刊编辑）Qian Niu, Advances on topological materials, Front. Phys. 15(4), 43601 (2020)可复制此链接至浏览器查看：（https://journal.hep.com.cn/fop/EN/10.1007/s11467-020-0979-z）Special Collection: Recent Advances in Topological Materials (Eds. Yugui Yao, Xiangang Wan, Shengyuan A. Yang, Hua Chen).可复制此链接至浏览器查看：（https://journal.hep.com.cn/fop/EN/collection/showCollection.do?id=194）
Frontiers of Physics (FOP)期刊简介
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