碳,碳,无处不在;但不是来自宇宙大爆炸

正如《星际迷航》喜欢提醒我们的那样，我们是碳基生命形式。但是启动宇宙的大爆炸，实际上并没有产生任何碳，那么它——以及我们——到底从何而来?北卡罗来纳州的一名研究人员帮助创建了超级计算机模拟，演示了恒星中碳是如何产生的，证明了一个古老的理论是正确的。

50多年前，一位名叫弗雷德·霍伊尔(Fred Hoyle)的天文学家推断出，当3个氦核(或阿尔法粒子)出现时在恒星的核心内部，它们很难结合形成碳-12，也就是构成我们的物质。所以他预测了碳-12的一种新状态，这种状态的能量刚好可以使碳在恒星中形成。这个新州现在被称为霍伊尔州。后来的实验证明了这个理论是正确的，但没有人能够从头开始，从已知的质子和中子的相互作用开始，重现霍伊尔状态。如果霍伊尔州没有出现在这些计算中，那么计算一定是错误的或不完整的。

北卡州立大学物理学家迪恩·李埃佩尔鲍姆(Evgeny Epelbaum)、赫尔曼克雷布斯(Hermann Krebs)和乌尔夫g。迈斯纳之前已经开发了一种新方法，用来描述质子和中子在原子核内相互结合的所有可能方式。这个“有效场理论”是在一个复杂的数值点阵上形成的，它允许研究人员进行模拟，以显示粒子如何相互作用。当研究人员将6个质子和6个中子放在晶格上时，霍伊尔态与碳-12的其他观测态一起出现，从第一原理证明了理论的正确性。

“我们使用了霍伊尔州的简单模型很长一段时间里，三个阿尔法粒子，但第一原理的计算没有给出任何接近的结果，”Lee说。“我们的方法将粒子放入带有特定时空参数的模拟中，然后允许它们做它们想做的事情。在这些模拟中，霍伊尔州出现了。”

他们的研究发表在5月13日的物理评论快报．

Lee补充说:“这项工作很有价值，因为它让我们更好地了解了大自然为了在恒星中产生碳而进行的‘微调’。”

这项研究是由能源部资助的。物理系是北卡州立大学物理和数学科学学院的一部分。

皮克-

编辑:以下是论文摘要。

”从头开始霍伊尔态的计算

作者:李院长，北卡罗来纳州立大学;Evgeny Epelbaum和Hermann Krebs，德国波鸿鲁尔大学理论物理研究所;Ulf-G。迈斯纳，德国波恩大学斯特拉伦和克恩物理研究所和贝特理论物理中心
发表: 5月9日在线和5月13日印刷在物理评论快报

文摘:

霍伊尔州在比太阳重的恒星燃烧氦，以及碳和其他生命必需元素的产生中扮演着关键角色。霍伊尔假设，碳-12原子核的这种激发态是在恒星温度下三个α粒子融合产生碳的必要成分。虽然霍伊尔状态在半个多世纪前就已经被实验发现，但核理论家还没有从第一原理中揭示出这种状态的本质。在这封信中，我们报告了利用超级计算机晶格模拟和一个称为有效场理论的理论框架首次从头计算碳-12的低能态。除了基态和激发态外，我们发现在−85(3)MeV的共振具有Hoyle态的所有性质，并且与实验观测到的能量一致。