Uma descrição precisa da matéria nuclear de baixa densidade é crucial para explicar a física das crostas de estrelas de nêutrons, de acordo com uma equipe de físicos teóricos liderada pelo Laboratório Nacional de Argonne. Dr.Alessandro Lovato.
Frente e outros. estudar crostas de estrelas de nêutrons simulando matéria de nêutrons e depois adicionando nêutrons “ocultos” para mediar interações entre nêutrons “reais”; a seguir, as redes neurais constroem uma função de onda quântica das fases normal e superfluida da matéria de nêutrons. Crédito da imagem: Jane Kim, Universidade de Ohio.
A crosta interna de uma estrela de nêutrons é caracterizado pela presença de um superfluido de nêutrons.
Um superfluido é um fluido que não possui viscosidade. Numa estrela de nêutrons, isso significa que o superfluido permite que os nêutrons fluam sem resistência.
Para prever com precisão as propriedades da matéria de neutrões nos seus níveis de energia mais baixos nesta forma de baixa densidade, os investigadores fazem cálculos teóricos que normalmente assumem que os neutrões se unem para formar pares de Cooper.
“A matéria nuclear de baixa densidade encontrada na crosta das estrelas de nêutrons exibe uma estrutura complexa e fascinante que varia significativamente com a densidade”, disseram o Dr. Lovato e seus colegas.
“Na crosta externa, os núcleons estão ligados a núcleos totalmente ionizados. À medida que a densidade aumenta nesta região, estes núcleos tornam-se cada vez mais ricos em neutrões e, consequentemente, as experiências terrestres só podem determinar diretamente as espécies de núcleos dominantes que estão presentes em densidades mais baixas.”
Os físicos usado redes neurais artificiais para fazer previsões precisas sem depender dessa suposição.
Eles modificaram a abordagem padrão de “partícula única”, introduzindo nêutrons “ocultos” que facilitam as interações entre os nêutrons “reais” e codificam correlações quânticas de muitos corpos.
Isto permite que os pares de Cooper surjam naturalmente durante o cálculo.
“Compreender a superfluidez de nêutrons fornece informações importantes sobre estrelas de nêutrons”, disseram os pesquisadores.
“Ele esclarece seus mecanismos de resfriamento, sua rotação e fenômenos como falhas – mudanças repentinas em sua taxa de rotação.”
“Embora não possamos acessar experimentalmente diretamente a matéria das estrelas de nêutrons, as interações fundamentais que governam o comportamento desta matéria são as mesmas que governam os núcleos atômicos da Terra.”
“Os pesquisadores estão trabalhando para construir interações nucleares que sejam simples, mas preditivas.”
“Resolver com precisão o problema quântico de muitos corpos é uma parte crucial da avaliação da qualidade dessas interações.”
“Nosso trabalho usa interações simples que concordam bem com cálculos anteriores que assumem interações muito mais complexas.”
A matéria de nêutrons de baixa densidade é caracterizada por fascinantes fenômenos quânticos emergentes, como a formação de pares de Cooper e o início da superfluidez.
“Usamos redes neurais artificiais juntamente com técnicas avançadas de otimização para estudar esse regime de densidade”, disseram os cientistas.
“Usando um modelo simplificado das interações entre nêutrons, calculamos a energia por partícula e comparamos os resultados com aqueles obtidos em interações altamente realistas.”
“Esta abordagem é competitiva com outros métodos computacionais por uma fração do custo.”
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Bryce Fore e outros. 2024. Investigando a crosta de estrelas de nêutrons com estados quânticos de redes neurais. arXiv: 2407.21207
Bryce Fore e outros. 2023. Diluir a matéria estelar de nêutrons dos estados quânticos da rede neural. Física. Rev. Pesquisa 5(3): 033062; doi: 10.1103/PhysRevResearch.5.033062
Fonte: InfoMoney
