艺术渲染：两个半透明的球体(分别代表锡核)相互碰撞，打碎一个彩色的碎片。这些碎片中有一个介子，代表质子、中子和它们的团簇。图中显示了另一个半透明球体，里面有两个较小的球体，代表夸克。
北京时间5月3日，想象一下，将密歇根湖中超过1000万亿加仑的水——全部倒入一个普通五金店都能找到的四加仑桶中。直觉告诉我们，这是不可能的：水太多，水桶太小。然而，这种不寻常的密度是宇宙天体中中子星的一个决定性特征。中子星直径只有15英里左右，但由于一些极端的物理原因，它们的质量比我们的太阳大。
然而最近，密歇根州立大学领导的一个国际研究小组成功模拟了地球上中子星的宇宙状态，以便更好地探索这一极端科学。
在实验中，研究小组选择锡来制造富含中子的致密核汤，从而更接近地模拟中子星的环境。在日本物理和化学研究所仁科加速器科学研究中心，研究小组将由锡原子核组成的粒子束加速到接近光速的三分之二的速度。
然后，研究人员让高速粒子束穿过一个薄锡靶(或锡箔)撞击锡核。原子核破裂而残骸存在的时刻(只有十亿分之一秒)就像是原子核——构成元素中中子和质子的超密集区域。这种环境虽然稍纵即逝，但存在的时间足够长，足以产生介子，这是稀有粒子。
通过创造和检测这些介子，研究小组可以帮助科学家更好地解决与核科学和中子星有关的长期困惑。例如，这项研究可以帮助科学家更好地描述——的内压，它可以防止中子星在自身重力作用下坍缩成黑洞。
密歇根州立大学国家超导回旋加速器实验室核科学教授兼研究员曾贝蒂
密歇根州立大学国家超导回旋加速器实验室的核科学教授和研究员贝蒂曾(Betty Tsang)说：“除了在中子星内部，我们所做的实验不可能在其他地方进行。”
不幸的是，科学家无法在中子星内部建造实验室。除了高温和强引力，最近的中子星距离我们大约400光年。
然而，宇宙中还有一个地方，科学家可以观察到物质堆积如此密集的现象：粒子加速器实验室。在粒子加速器实验室，科学家可以通过撞击原子核将大量核材料压缩成非常小的体积。
当然，实际过程远没有书面描述那么简单。
密歇根州立大学物理和天文系核物理教授威廉林奇
曾贝蒂继续说：“实验非常困难。所以我们团队对实验结果特别兴奋。”密歇根州立大学物理和天文系的核物理教授威廉林奇和曾贝蒂是国际研究小组的两位主要研究人员。
为了实现他们在这项研究中的共同目标，每个参与实验的合作组织都发挥了自己的优势。曾贝蒂说：“这就是我们选择合作的原因。我们通过扩大团队规模，邀请真正了解自己研究领域的人，共同解决问题。”
密歇根州立大学领导了这个介子探测器的建造。该设备被称为“RIT时间投影室”，由德克萨斯A&M大学和日本物理和化学研究所的合作者共同建造。
物理化学研究所的粒子加速器提供了不可或缺的能量和稀有的富中子锡核，创造了类似中子星的环境。德国达姆施塔特技术大学的研究人员贡献了必须符合严格规范的锡靶。来自其他亚洲和欧洲机构的学生和教员协助建立实验和分析数据。
这个在理化研究所加速器上的实验，有助于把我们对能量和密度的认识推向一个新的高度，但仍然有很多挑战需要解决。
当稀有同位素束设备(FRIB)于2022年投入使用时，它有望成为核科学领域的国际合作中心。该设备还将拥有独特的设施，以继续探索核系统在极端能量和密度下的行为。
曾贝蒂说：“FRIB上线后，将为我们提供更多粒子束选择，并帮助我们进行更精确的测量。到那时，我们有望进一步了解中子星的内部情况，发现更多有趣和令人惊讶的奥秘。”(林云)
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