據外媒報導，由密歇根州立大學（MSU）領導的一個國際研究小組幫助在日本理化學研究所(Riken)的重離子加速器中創造了“宇宙條件”。離奇的密度是被稱為中子星的天體的一個決定性特徵，其是除黑洞外密度最大的星體。這些恆星直徑只有大約15英里，但由於一些極端的物理學，它們擁有比我們太陽更多的質量。

在密歇根州立大學研究人員的領導下，一個國際合作組織現在已經在地球上模擬了中子星的宇宙條件，以更好地探測這種極端科學。該團隊於2021年4月19日在《物理評論快報》雜誌上分享了其成果。

在實驗中，該團隊選擇了錫來幫助創造一個富含中子的密集核湯，幫助它更緊密地模仿中子星的環境。該團隊在日本理化學研究所Nishina加速器科學中心將由錫核組成的光束加速到接近三分之二的光速。這項研究得到了美國能源部科學辦公室核物理辦公室（DOE-SC）和日本文部科學省（MEXT）的資助。

研究人員讓該光束猛烈地穿過一個薄薄的錫靶，或鋁箔，將錫核擊碎。核子粉碎後，在短短的一瞬間–十億分之一秒–殘骸作為一個被稱為質子和中子的核構件的超密集區域存在。儘管這種環境稍縱即逝，但它卻足以創造出被稱為”質子”的稀有粒子。

通過創造和探測這些質子，該團隊正在使科學家們能夠更好地回答有關核科學和中子星的揮之不去的問題。例如，這項工作可以幫助科學家更好地描述使中子星在其自身引力下不會坍縮並成為黑洞的內部壓力。

麻省理工學院國家超導迴旋加速器實驗室（NSCL）的核科學教授和研究員Betty Tsang說：“我們所做的實驗在其他地方無法完成，除了在中子星內部。”不幸的是，科學家們不能在中子星內完成。除了炙熱的溫度和破碎的引力之外，最近的中子星距離我們大約400光年。

然而，在宇宙中還有一個地方，科學家可以觀察到密度如此驚人的物質。那就是在粒子加速器實驗室裡，科學家們可以將原子的核心或原子核粉碎，將大量的核物質擠壓到非常小的體積裡。

“這個實驗非常困難，”Tsang說。”這就是為什麼團隊對此如此興奮。” Tsang和MSU物理和天文學系的核物理學教授William Lynch領導國際團隊中的研究人員。為了實現他們在這項研究中的集體目標，合作機構各自發揮了自己的優勢。

“這就是我們積累合作者的原因，” Tsang說。”我們通過擴大小組和邀請真正知道自己在做什麼的人解決問題。”

MSU是美國排名第一的核物理研究生項目的所在地，它率先建立了離子檢測器。該儀器被稱為SπRIT時間投影室，是與來自德克薩斯A&M大學和RIKEN的合作者共同建造的。

RIKEN的粒子加速器提供了創造一個讓人聯想到中子星的環境所需的功率和稀有的富含中子的錫核。來自德國達姆施塔特工業大學的研究人員提供了必須符合嚴格規格的錫靶。來自亞洲和歐洲其他機構的學生、工作人員和教職員工幫助建立實驗和分析數據。

在RIKEN的加速器上進行的這項實驗有助於將這種理解推向能量和密度方面的新高度，但還有許多挑戰。當稀有同位素光束設施（FRIB）於2022年投入使用時，它也有望成為核科學領域的國際合作中心。而且該設施將具有獨特的裝備，以繼續探索核系統在極端能量和密度下的行為。

“當FRIB上線時，它將為我們提供更多的光束選擇，讓我們進行更精確的測量，”Tsang說。”這將讓我們更好地了解中子星的內部，並發現更有趣、更令人驚訝的東西。”