布魯克海文國家實驗室的科學家利用二維凝聚態物理學來理解中子星中的夸克相互作用，簡化了對這些最緻密的宇宙實體的研究。這項工作有助於描述緻密核物質中的低能激發，並可能揭示極端密度的新現象，推動中子星研究以及與重離子碰撞比較的進展。

在緻密核物質中，夸克“排列”成一維的，對單維度加時間的計算可以追踪低能量激發如何穿過核物質圖片來源：布魯克海文國家實驗室

核物質（包括構成原子核的質子和中子的夸克和膠子）的行為極其複雜，在我們這個三維世界中尤其如此。來自凝聚態物理學的數學技術僅考慮一個空間維度（加上時間）的相互作用，極大地簡化了這一挑戰。利用這種二維方法，科學家們解決了描述低能激發如何在緻密核物質系統中產生漣漪的複雜方程。這項工作表明，自然界中存在如此緻密核物質的中子星中心可能會以一種意想不到的形式來描述。

能夠理解二維夸克相互作用為理解中子星（宇宙中最稠密的物質形式）打開了一扇新的窗口。這種方法可以幫助推進當前研究這些奇異恆星的“黃金時代”。研究成功的激增是由宇宙中引力波和電磁發射的最新發現引發的。這項工作表明，對於低能量激發，三維夸克相互作用的所有復雜性都會消失。這些低能激發是中子星發射輻射或其自身旋轉磁場引發的輕微擾動。這種方法還可以與重離子碰撞中產生的密度較低但溫度更高的核物質中的夸克相互作用進行新的比較。

現代原子核理論，稱為量子色動力學涉及受強核力束縛的夸克，這種由膠子攜帶的力將夸克限制在核子（質子和中子）中。當核物質的密度增加時，就像中子星內部一樣，緻密系統的行為更像是夸克團，各個核子之間沒有清晰的邊界。在這種狀態下，系統邊緣的夸克仍然受到強力的限制，因為球形系統一側的夸克與另一側的夸克相互作用強烈。

布魯克海文國家實驗室研究人員的這項工作利用這種強相互作用的一維性質以及時間維度來解決系統邊緣附近低能量激發的行為。這些低能量模式就像自由、無質量的玻色子的模式一樣——在凝聚態物質中被稱為“路廷格液體”。這種方法允許科學家計算任意給定密度下的路廷格液體的參數。它將提高他們探索預計在中子星內極端密度下發生的定性新現象的能力，其中核物質的行為與普通核中的完全不同，並將其與中子星中產生的更熱（萬億度）的緻密核物質進行比較。