近日，厦门大学李昂教授联合团队在核物质状态方程研究中取得重要进展。研究成果以“Astronomical and terrestrial studies on the equation of state of dense matter”（《“天-地”联合限制致密物态》）为题，发表于《中国科学：物理学 力学 天文学》（Scientia Sinica Physica, Mechanica & Astronomica, 2026年第56卷第7期）。该工作首次将重离子碰撞实验数据与中子星多信使天文观测纳入统一的贝叶斯分析框架，对核物质关键状态方程参数给出了高精度的联合约束，完成了一场从地球加速器到遥远星空的跨能级“物态对话”。
研究背景：同一个物态，两种观测语言
致密物质的状态方程——即压强随密度的依赖关系——是核物理与天体物理共同的核心课题。在实验室中，研究人员利用重离子碰撞模拟微观核物质的压缩与流动，通过出射粒子的集体流和π介子等产额反推核物质性质；在宇宙中，中子星作为天然的极端密度实验室，其质量、半径和并合时产生的引力波潮汐形变，承载着高密度物态的直接信息。
然而，这两种“语言”长期以来未能顺畅对话。地面实验主要敏感于饱和密度附近的核物质性质，而中子星观测直达数倍饱和密度的高密区域；不同模型对同一观测量的解读也时常相互矛盾。如何让加速器里的金核碰撞与遥远星空的中子星低语相互印证、彼此校准，成为致密物态研究的关键难题。
研究方法：统计推断架起的跨尺度桥梁
研究团队采用极端相对论量子分子动力学（UrQMD）模型，系统模拟了0.4A GeV能区Au+Au碰撞中的直接流、椭圆流以及π介子产额与比值等17组观测数据（来自FOPI和ASY-EOS合作组）。同时，基于与输运模型完全自洽的核物质状态方程，构建中子星结构模型，纳入LIGO/Virgo的GW170817引力波潮汐形变测量，以及NICER空间望远镜对PSR J0030+0451、PSR J0740+6620和PSR J0437-4715三颗脉冲星的高精度质量-半径观测。
通过高斯过程仿真器对四维参数空间（K_0, m^*/m, S_0, L_0）进行高效采样，并借助贝叶斯推断方法，团队首次在同一理论框架内量化了各类数据对不同参数的敏感性与约束力。这套方法使得来自地球加速器的“微观碰撞信号”与来自宇宙深处的“宏观星体信号”得以在同一参数语言上对话。
联合分析给出了核物质饱和密度处四个关键参数的1σ置信区间：
不可压缩系数K_0： 250.56_{-18.79}^{+16.51} MeV
核子有效质量比m^*/m： 0.60_{-0.01}^{+0.01}
对称能S_0： 28.46_{-2.24}^{+4.36} MeV
对称能斜率L_0： 64.59_{-9.38}^{+13.25} MeV
此外，典型1.4倍太阳质量中子星的半径被约束为约12.57 km，潮汐形变约为455.70。
每项参数的约束来源各有侧重：K_0目前主要由天文观测主导，本研究中的重离子碰撞数据对其不敏感；m^*/m则完全由重离子碰撞中的π介子产额与椭圆流锁定，被精确限定在0.59–0.61的极窄范围；S_0倾向于较小值，与低能核反应实验结果一致；L_0受到天地双重约束，天文观测提供了紧致的高斯分布，而重离子碰撞数据略偏向更小的L_0，二者互补形成了64.59 MeV的最佳估计。
这项研究的意义远不止于给出几个数值。它实现了一场跨越能级的有效对话：
消除模型依赖的简并。以往研究中，不同输运模型对同一观测量的解读常给出相互矛盾的参数范围。本研究通过统一理论框架和贝叶斯方法，量化了各类数据的敏感性与不确定性，使得地面实验与天文观测的约束不再“各说各话”。
揭示参数间的内在关联。分析显示，天文观测中S_0与L_0存在显著的正相关性，而重离子碰撞数据的引入则减弱了这一关联。这种参数相关性的变化，为理解对称能的密度依赖行为提供了新的线索。
为未来实验提供敏感探针清单。研究明确指出：椭圆流对m^*/m和L_0最为敏感，π介子产额主要约束m^*/m，中子星半径和潮汐形变则是L_0的有力探针。这一清单将帮助实验物理学家选择最高效的观测量。
本研究的成果将为下一代实验与观测提供直接支撑：
国内大型装置的理准备论。随着中国HIRFL-CSR的CEE谱仪及HIAF、德国FAIR/CBM、俄罗斯NICA/MPD等新一代重离子碰撞装置的推进，以及eXTP等X射线空间天文台的准备，本研究建立的联合分析框架可直接用于更高精度数据的解读。
跨尺度物理的统一描述。从重离子碰撞的特征密度（约0.6–2倍饱和密度）到中子星核心（可达5倍饱和密度以上），本研究自洽地连接了不同能区、不同物理条件下的物态信息，为从原子核到致密星体的统一描述奠定了方法论基础。
这场从加速器到星空的对话仍在继续。随着更多、更精确的地面实验与天文观测数据的加入，致密物态的图像将愈加清晰。而厦门大学联合团队的这一工作，为这场跨越能级的对话谱写了重要的一章。欢迎关注https://mp.weixin.qq.com/mp/appmsgalbum?__biz=MzU4ODM2NjQ5Ng==&action=getalbum&album_id=2454854141660528642#wechat_redirect了解更多近期相关研究工作（公众号：Nucl_Astrophys_xmu）。
该工作由厦门大学天文学系孙向东、李昂（通讯作者），清华大学物理系肖志刚，以及中国原子能科学研究院刘洋阳、张英逊（通讯作者）合作完成。研究获得了科技部SKA专项、国家自然科学基金等项目的支持。
论文信息：
Sun X D, Liu Y Y, Li A, Xiao Z G, Zhang Y X. Astronomical and terrestrial studies on the equation of state of dense matter. Sci Sin-Phys Mech Astron, 2026, 56: 272010.
DOI: 10.1360/SSPMA-2025-0201
