宇宙事件如何洞察物质的基本属性

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测量两个合并中子星的引力波的选项提供了回答关于物质结构的一些基本问题的机会。在合并的极高温度和密度下，科学家推测出一个相变，其中中子溶解成它们的成分：夸克和胶子。在最新一期的“ 物理评论快报”上，两个国际研究小组报告了他们计算引力波中这种相变的特征是什么样的。

夸克是物质中最小的构建块，在自然界中从未出现过。它们总是紧密地束缚在质子和中子内部。然而，像太阳一样重的中子星，虽然只是像法兰克福这样的城市的大小，却拥有如此密集的核心，可能会发生从中子物质到夸克物质的过渡。物理学家将此过程称为相变，类似于水中的液 - 气转变。特别是，当合并中子星形成非常大的亚稳态物体时，这种相变原则上是可能的，其密度超过原子核的密度，并且温度比太阳的核心高10,000倍。

通过合并中子星发射的引力波的测量可以作为外太空中可能的相变的信使。相变应该在引力波信号中留下特征标记。来自法兰克福，达姆施塔特和俄亥俄州(歌德大学/ FIAS / GSI /肯特大学)以及达姆施塔特和弗罗茨瓦夫(GSI /弗罗茨瓦夫大学)的研究小组使用现代超级计算机来计算这个签名的样子。为此，他们使用了不同的相变理论模型。

如果在实际合并之后发生相变，则在整个合并对象中将逐渐出现少量夸克。“借助于爱因斯坦方程，我们首次能够证明结构中的微小变化会引起引力波信号的偏差，直到新形成的大质量中子星在其自身重量下坍缩形成黑色洞，“歌德大学理论天体物理学教授Luciano Rezzolla解释道。

在达姆施塔特的GSIHelmholtzzentrumfürSchwerionenforschung博士的Andreas Bauswein博士的计算机模型中，一个相变已经在合并后直接发生 - 在中心物体内部形成夸克物质的核心。“我们成功地表明，在这种情况下，引力波信号的频率会有明显的变化，”鲍斯温说。“因此，我们确定了未来中子星合并引力波相变的可衡量标准。”

并非所有引力波信号的细节都可用电流检测器测量。然而，随着下一代探测器以及与我们相对接近的合并事件，它们将变得可观察到。两个实验提供了一种补充方法来回答有关夸克物质的问题：在GSI现有的HADES设置和未来的反质子和离子研究设施(FAIR)的CBM探测器碰撞重离子，目前正在建设中在GSI，将生产压缩核物质。在碰撞中，有可能产生与中子星合并中的温度和密度类似的温度和密度。这两种方法都为核物质中的相变发生提供了新的见解，从而为其基本特性提供了新的见解。

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