超級電腦解鎖原子核變形之謎

利用Frontier超級電腦，研究人員在核物理領域取得重大突破：首次以極高的精確度預測了原子核的結構和力學特性。這項發現，特別是對於30-氖原子核變形性質的新見解，可能將徹底改變從量子力學到國家安全等多個科學領域。

美國能源部橡樹嶺國家實驗室的研究團隊開發了一種革命性的技術，利用強大的Frontier超級電腦，以前所未有的細節預測原子核的特性。這項研究揭示了原子核結構與其內部基本力之間的關聯，這更深入的理解將推動量子物理學的進步，並影響從能源生產到國家安全等多個領域。

「我們的可靠預測將為核力和結構的研究帶來新的見解，」路易斯安那州立大學的孫忠浩（Zhonghao Sun）表示，他此前曾在橡樹嶺國家實驗室工作。這項研究成果發表在《物理評論X》期刊上，增強了我們對原子核及其亞原子粒子行為的理解。

原子核可以旋轉，並以圓形和變形的橄欖球狀存在。捕捉這些複雜特徵——如形狀變化、旋轉能量和核內強結合力的特性——長期以來一直是計算模型中的挑戰。

「在非常低的解析度下，原子核可能被視為一個旋轉的液滴，」橡樹嶺國家實驗室的Gaute Hagen解釋道。「隨著解析度的提高，你會看到更多關於內部結構的細節，並瞭解更多關於亞原子粒子如何相互作用以構建原子核的過程。」

研究團隊透過在不同能量水平下模擬多種粒子行為，達到了這一更深入的理解。將所有因素整合到一個精確模型中的步驟，得益於Frontier超級電腦的計算能力。Frontier的運算能力達到每秒超過一百萬億次計算，屬於百億億級別。

研究結果顯示，一種罕見的原子核——30-氖——同時存在圓形和變形的形狀。透過進行數百萬次計算，團隊瞭解了強核力如何驅動這種變形，強核力是將亞原子粒子結合在一起的力。基於這些結果，團隊開發了新的原子核特性模型，這些模型的建立需要Frontier超級電腦，但可以在膝上型電腦上執行，以便未來進行廣泛的研究。

「我們引入的新技術真正改變了遊戲規則，使我們能夠精確計算變形原子核的結構和行為，」孫忠浩表示。「這項研究處於核科學研究的前沿。」

參考文獻：Z. H. Sun, A. Ekström, C. Forssén, G. Hagen, G. R. Jansen 和 T. Papenbrock 的《從第一原理看原子核的多尺度物理》，2025年2月10日，《物理評論X》。DOI: 10.1103/PhysRevX.15.011028