Введение

В 2026 году команда исследователей из Лос-Аламосской национальной лаборатории сделала значительный шаг в понимании ядерных взаимодействий, используя данные о взрывах нейтронных звезд. Эта работа, опубликованная в журнале Nature Communications, демонстрирует, как искусственный интеллект и машинное обучение могут помочь разгадать загадки, скрывающиеся в самых мелких строительных блоках материи – атомных ядрах.

Новый подход к исследованию ядерных сил

Исследователи, в числе которых ученые из Технического университета Дармштадта, использовали данные, полученные в 2017 году в результате слияния двух нейтронных звезд, а также наблюдения рентгеновских лучей от нейтронных звезд. По словам Инго Тевса, физика из Лос-Аламоса, это исследование стало первым случаем, когда удалось надежно связать макроскопические и микроскопические аспекты физики, чтобы напрямую вывести взаимодействия между нейтронами и протонами на основе астрономических наблюдений.

Искусственный интеллект в действии

Проблема моделирования взаимодействий нейтронов в условиях высоких плотностей, таких как в нейтронных звездах, является вычислительно сложной. Даже для одной модели решения могут занимать часы на тысячах процессоров. Поэтому команда разработала AI-структуру, которая может почти мгновенно связывать ядерные взаимодействия с характеристиками нейтронных звезд.

В процессе работы были использованы два алгоритма машинного обучения. Первый алгоритм использует понимание основ квантовой физики для быстрого получения свойств плотной материи, а второй – нейронная сеть, обученная на больших объемах данных, связывает свойства плотной материи с характеристиками нейтронных звезд. Это позволяет предсказывать такие параметры, как размер и деформации нейтронных звезд.

Сила взаимодействия нейтронов

Взаимодействия между нейтронами обусловлены сильным взаимодействием, одной из четырех фундаментальных сил в природе. Сильное взаимодействие связывает кварки и глюоны в нуклонах, таких как нейтроны и протоны, и объединяет нуклоны в ядре. Создание надежного квантового описания этой мощной силы остается одной из сложнейших задач в физике.

Нейронные звезды и их уникальные свойства

Нейронные звезды – одни из самых плотных объектов во вселенной. Они могут иметь массу в два раза больше массы Солнца при диаметре всего 24 километра. Материя в таких условиях обладает свойствами, схожими со свойствами вещества в центре атомных ядер, и требует моделирования взаимодействий нуклонов на квантовом уровне. Таким образом, взаимодействия между плотными нейтронами определяют свойства всей нейтронной звезды.

Три тела и их влияние на ядерные силы

Работа исследовательской группы оказалась особенно полезной для изучения трехтелесных сил, одного из наименее изученных аспектов ядерных взаимодействий. Эти силы проявляются только тогда, когда три или более нейтронов или протонов находятся близко друг к другу.

Данные о гравитационных волнах и рентгеновских лучах

Исследователи использовали данные о слиянии двух нейтронных звезд, в ходе которого были зафиксированы гравитационные волны – колебания в ткани пространства-времени, вызванные столкновением. Это событие, названное GW170817, продемонстрировало, как происходит деформация при сближении двух нейтронных звезд. Также были использованы данные рентгеновского телескопа NASA – Neutron star Interior Composition Explorer (NICER), который собирает информацию о рентгеновских лучах от быстро вращающихся нейтронных звезд и использует эффект искривления света в гравитационных полях для определения массы и радиуса нейтронной звезды.

Заключение

Команда из Лос-Аламосской лаборатории и Технического университета Дармштадта открывает новую эру в изучении ядерных сил, соединяя астрономические данные с квантовой физикой. Использование машинного обучения и искусственного интеллекта позволяет не только углубить знания о нейтронных звездах, но и прокладывает путь для дальнейших исследований, которые могут привести к новым открытиям в области физики и космологии.