2018-12-19 20:54:01
对异国情调状态的独特见解

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物质的性质通常是电子之间复杂相互作用的结果。这些带电粒子是自然界的基本构件之一。它们经过深入研究,理论物理学确定了大部分物质的电子结构。然而,在极端条件下物质的行为仍然在很大程度上无法解释。这种情况可以在非常高压和高温的地方找到,例如在恒星和行星的内部。在这里,物质存在于固态,液态和气态之间的异域状态。基尔大学和Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf的一个研究小组现在已经开发出一种新方法来首次描述这种所谓的“温暖致密物质”的动态特性。他们在Physical Review Letters上发表了他们的计算机模拟。

今天,温暖的致密物质也可以在大型研究机构中通过实验生产,例如,在汉堡和石勒苏益格 - 荷尔斯泰因的欧洲XFEL使用高强度激光或自由电子激光。强大的激光用于压缩和加热物质到极端。然后可以使用另一种激光检查它。测量所谓的X射线汤姆逊散射 - 换句话说,激光束如何被自由电子散射 - 可以确定温暖致密物质的许多特性,例如其电导率或其吸收辐射。

然而,这需要对温暖的致密物质,特别是压缩的热电子的所谓动态结构因子进行全面的理论理解。迄今为止,科学尚未能够可靠和准确地描述这一点。在这里发挥作用的各种因素的相互作用在高达1000万摄氏度的温度下过于复杂,而密度通常仅在固体中发现。除了强热之外,这种状态还包括库仑相互作用,当两个带负电的电子相互排斥时发生,以及许多量子力学效应。

在CAU理论物理学教授Michael Bonitz的指导下,该研究小组现已取得突破。利用在超级计算机上进行的复杂模拟,他们开发了一种计算方法,用于首次精确描述温暖致密物质中电子的动态结构因子。为实现这一目标,他们进一步扩展了近年来开发的量子蒙特卡罗模拟。

“我们的新数据提供了独特的见解,”Bonitz解释道。 “值得注意的是,已经证明,与先前的理论相比,负电荷之间排斥的确切描述导致显着改变的汤姆逊散射信号,特别是对于急剧变化的等离子体分散。”现在将通过实验检查这些预测。由此获得的结果对于使用温热致密物质的最新实验的解释具有特别重要性,例如那些在欧洲XFEL开始的实验。例如,它们可用于确定关键属性,例如电子的温度或当用激光轰击物质时产生的波的传播速度。

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