两颗合并中子星（左）的计算机模拟与 CERN 的重离子碰撞图像（右）混合。 Courtesy: Lukas R Weih and Luciano Rezzolla/Goethe University Frankfurt and CMS/CERN.

研究背景：

高重子数密度下的物质性质是核物理学和天体物理学一个关键的未解问题，也是长期以来与中子星物理直接相关的难题。目前的QCD数值技术还不能较好地处理中子星致密物质，因此，理解中子星结构和状态方程（EOS）需要采用“大科学”的方法，依赖不同领域科学家之间的合作。我们最近的工作“为这个有趣且长期存在的问题在天体物理学、引力波物理学和重离子碰撞之间架起一座桥梁。”（审稿人语）：“The work presents an interesting and long-standing problem of creating a bridge between astrophysics, GW physics, and heavy-ion collisions.”

研究内容：

我们从两个方面分析了提取致密物质奇异相变参数的可能性：一方面是重离子碰撞 (HIC) 实验，另一方面是致密星及其并合观测。为此，我们的相变密度及其强度计算要一方面重现HIC实验中产生的粒子直接流和椭圆流，另一方面重现天体物理学中的引力波多信使观测数据（LIGO & NICER & radio telescopes）。我们的初步分析显示了（夸克退禁闭）相变参数在两类致密核物质中的一致性：beta平衡下丰中子的冷中子星物质和近同位旋对称的热密HIC物质。我们指出 3 GeV/核子金-金碰撞的各向异性质子流的测量可有效约束相变临界性质，而4.5 GeV/核子更高能量下的质子流数据可有效约束高密度夸克物质状态方程的硬度；另外，超子流在限制EOS方面不如质子流有效。

展望：

“李政道对白矮星的研究是对致密星内部结构的第一次详细研究之一。从他的工作中我们已经可以看到，要破译致密星的内部结构，需要物理学不同分支的详细知识和技能，包括核物理学、凝聚态物理学、统计物理学、流体力学，以及计算物理学。”（摘自赖东《现代物理知识》2021年）中子星致密物质EOS这一核天体物理交叉领域的难题，目前还有诸多问题需要澄清。但是随着核物理学和多信使天文学多样化新数据的出现及不同领域科学家的共同努力，答案必将最终浮出水面。相关前沿研究，可参阅https://mp.weixin.qq.com/mp/appmsgalbum?__biz=MzU4ODM2NjQ5Ng==&action=getalbum&album_id=2454854141660528642#wechat_redirect了解近期中子星和核天体物理相关研究工作（公众号：Nucl_Astrophys_xmu）。

相关研究工作已被Physical Review D接受发表（预印本链接：https://arxiv.org/abs/2211.04978），第一作者和通讯作者为李昂教授，合作者为雍高产研究员（中科院近代物理研究所）和张英逊研究员（中国原子能科学研究院） 。得到科技部SKA专项、国家自然科学基金及厦门市青年创新基金项目的支持。

URL: https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevD.107.043005