研究人員揭開了碳-12 原子核的複雜結構，發現其低能態由形成三角形的原子團組成。這項由國際合作完成的發現加深了我們對碳在宇宙中形成的理解，並與現有的實驗數據相符。

一項國際研究揭示了碳-12原子核內的三角形團簇結構，為我們了解宇宙中碳的起源和豐度提供了重要線索。

碳元素對我們所知的有機化學和生命至關重要。其最常見的同位素碳-12 的物理特性極為複雜。許多實驗和理論研究都致力於確定碳-12 核狀態的能量和基本結構。

在這項工作中，研究人員從第一原理–物理學理論的最基本組成部分–計算了這些狀態。這種方法利用超級電腦和核晶格模擬計算組成原子核的質子和中子所形成的三維形狀。結果表明，碳-12 的所有低能態都有一個子結構，即六個質子和六個中子聚集成α粒子。α粒子是氦-4原子核，包含兩個質子和兩個中子。

碳-12 幾種低窪態的核子密度。每個影像都標有自旋（0 至3）、奇偶反轉下的符號（+ 或-）以及激發數（1 至3）。資料來源：沈世航

霍伊爾狀態： 恆星碳生成的窗口

碳-12 的一個著名核態是霍伊爾態。這種狀態的能量接近三個α粒子或氦核的能量閾值。因此，這種能量極大地促進了氦燃燒恆星中碳的產生。這有助於解釋宇宙中存在碳的原因。

這項研究的結果表明，霍伊爾態是由α粒子的”彎臂”或鈍三角形排列組成的。碳-12 的所有低能態都具有由三個α粒子組成等邊三角形或鈍角三角形的固有形狀。新結果提供了有關核狀態可能幾何形狀的資訊。

全球合作，揭示碳-12 的核結構

碳原子是構成生命基石的複雜有機化學的骨架。碳原子主要同位素碳-12 的核子物理學也充滿了複雜性。來自波昂大學、德國尤利希研究中心、土耳其加濟安泰普伊斯蘭科技大學、中國工程物理研究院研究生院、第比利斯國立大學和密西根州立大學稀有同位素光束設施的研究人員利用核晶格有效場理論的ab initio 框架計算了碳-12 的核態結構。

碳-12 的幾何奧秘與宇宙起源

研究發現，碳-12 的所有低窪態都有一個內在形狀，由三個α簇構成一個等邊三角形或一個鈍角三角形。等邊三角形態也具有均場圖中粒子-電洞激發的雙重描述。

結果與實驗數據一致，並首次提供了與模型無關的碳-12 核態密度圖。這些結果有助於解釋宇宙大爆炸後不久碳從氦和氫起源的原因。

編譯來源：ScitechDaily