碳原子为构成生命基石的复杂有机化学提供了支柱。碳核在其主要同位素碳-12中的物理学同样充满了多方面的复杂性。在一项新的研究中，来自密歇根州立大学和其他地方的物理学家使用核晶格有效场理论研究了碳-12的低能核态的结构。
正如我们所知，碳元素对有机化学和生命至关重要。其最常见的同位素碳-12的物理性质极其复杂。
许多实验和理论研究都致力于确定碳-12核态的能量和潜在结构。
在这项新研究中，密歇根州立大学物理学家迪恩·李及其同事从第一性原理计算了这些状态。
他们使用超级计算机和核晶格模拟来计算由构成原子核的质子和中子形成的三维形状。
他们的结果表明，碳-12的所有低能态都有一个子结构，其中六个质子和六个中子聚集在一起形成α粒子。
α粒子是氦-4原子核，其中包含两个质子和两个中子。
“碳-12的一个众所周知的核态是霍伊尔态，”物理学家说。
这种状态的能量接近三个α粒子或氦核的能量阈值。
因此，这种能量大大增强了氦燃烧恒星中碳的产生。这有助于解释宇宙中碳的存在。
我们的结果表明，霍伊尔态由α粒子的'弯曲臂'或钝三角形排列组成。
碳-12的所有低能态都具有由三个α粒子组成的内在形状，形成一个等边三角形或一个钝三角形。
该团队的结果提供了有关核态可能的几何形状的信息。
“我们使用核晶格有效场理论的从头开始框架计算了碳-12的核态结构，”作者说。
我们发现碳-12的所有低洼状态都具有由三个α簇组成的内在形状，形成等边三角形或钝三角形。
在平均场图片中，具有等边三角形形状的状态在粒子空穴激发方面也具有双重描述。
结果与实验数据一致，并提供了碳-12核态的第一个与模型无关的密度图。
这些结果有助于解释大爆炸后不久构成宇宙的氦和氢的碳的起源。
研究结果发布在《自然通讯》杂志上。
