一項合作研究引入了一種新方法，用於模擬恆星中的基本低能量核反應。透過研究這些反應的結果，研究人員制定了一個新的預測模型，增強了我們對宇宙中元素形成的理解。新研究提供了一種創新方法來模擬恆星中元素的形成，提高了我們對宇宙中核反應的掌握。

北卡羅來納州立大學和密西根州立大學的新研究為低能量核反應建模開闢了一條新途徑，而低能量核反應是恆星內部元素形成的關鍵。這項研究為計算核子在粒子帶電時如何相互作用奠定了基礎。

預測原子核（質子和中子的原子團，合稱為核子）結合形成更大的化合物核的方式，是了解恆星中元素形成過程的重要一步。

由於相關的核子相互作用很難透過實驗來測量，物理學家使用數值晶格來模擬這些系統。這種數值模擬中使用的有限晶格實質上是圍繞一組核子的假想盒子，物理學家可以利用它來計算由這些粒子形成的原子核的性質。

北卡羅來納州立大學和密西根州立大學的研究人員開發出一種新方法，用於模擬低能量核反應，這對了解恆星中元素的形成至關重要。他們的方法包括在數值晶格中分析反應的最終產物，從而推斷出反應特性。這就產生了一種新的公式，它改進了對這些核反應的預測，為深入了解宇宙中元素的合成過程提供了基礎。資料來源：塞巴斯蒂安-柯尼希

低能反應模擬的挑戰

然而，迄今為止，這類模擬還缺乏一種方法來預測涉及由多個質子產生的帶電簇的低能量反應的特性。這一點非常重要，因為這些低能量反應對恆星中元素的形成等至關重要。

北卡羅來納州立大學物理學助理教授、該研究的通訊作者塞巴斯蒂安-柯尼希（Sebastian König）說：”雖然’強核力’將原子核中的質子和中子結合在一起，但質子之間的電磁斥力對原子核的整體結構和動力學起著重要作用。這種力在最低能量時尤其強大，許多重要的過程都發生在這裡，這些過程合成了構成我們所知世界的元素。但理論要預測這些交互作用卻極具挑戰性。”

為了解決這個問題，柯尼希和同事決定逆向研究。他們的方法著眼於晶格內反應的最終結果–化合物核–然後回溯發現反應所涉及的性質和能量。

“我們不是在計算反應本身，而是在研究最終產物的結構，」柯尼希說。”當我們改變’盒子’的大小時，模擬和結果也會隨之改變。從這些資訊中，我們實際上可以提取出決定這些帶電粒子相互作用時會發生什麼的參數。”

這項工作的第一作者、北卡羅來納州立大學研究生俞杭補充說：”公式的推導出乎意料地具有挑戰性，但最終結果相當漂亮，而且具有重要的應用價值。”

開發新的預測公式

根據這些信息，研究小組開發了一個公式，並將其與透過傳統方法進行評估的基準計算進行了測試，以確保結果準確無誤，並可用於未來的應用中。

柯尼希說：『這是一項背景工作，它告訴我們如何分析模擬，以提取我們所需的數據，改進對核反應的預測。宇宙是巨大的，但要了解它，就必須研究它最微小的組成部分。這就是我們在這裡所做的–專注於小細節，以便更好地為我們的大局分析提供資訊。”