I ricercatori hanno individuato evidenze di superfluidità nella materia neutronica a bassa densità attraverso l’utilizzo di rappresentazioni altamente flessibili di funzioni d’onda quantistiche tramite reti neurali artificiali. Questo studio innovativo ha contribuito a migliorare la nostra comprensione della superfluidità neutronica nelle stelle a neutroni, presentando un modello economico che sfida gli approcci computazionali tradizionali nel prevedere il comportamento dei neutroni e i fenomeni quantistici emergenti.
Superfluidità Neutronica nelle Stelle a Neutroni
La crosta interna delle stelle a neutroni ospita un fenomeno affascinante chiamato superfluidità neutronica, in cui i neutroni fluiscono senza resistenza a causa dell’assenza di viscosità. In questo contesto, i ricercatori solitamente si basano sull’ipotesi delle coppie di Cooper per prevedere le proprietà della materia neutronica a bassa densità, un concetto fondamentale nella meccanica quantistica. Tuttavia, questo studio ha adottato un approccio innovativo, sfruttando le reti neurali artificiali per ottenere previsioni accurate senza dover fare affidamento su tale assunzione. Ampliando il modello standard a particella singola, i ricercatori hanno introdotto neutroni “nascosti” che mediano le interazioni tra i neutroni “reali”, catturando complesse correlazioni quantistiche tra molti corpi. Questo metodo rivoluzionario consente alle coppie di Cooper di emergere in modo naturale durante i calcoli, offrendo nuove prospettive sul comportamento quantistico della materia neutronica.
Implicazioni della Ricerca sulla Superfluidità Neutronica
La comprensione della superfluidità neutronica fornisce importanti informazioni sulle stelle a neutroni, inclusi i loro meccanismi di raffreddamento, la rotazione e fenomeni come le “glitches”, improvvisi cambiamenti nel tasso di rotazione. Nonostante gli scienziati non possano accedere direttamente alla materia delle stelle a neutroni in modo sperimentale, le interazioni fondamentali che regolano il comportamento di questa materia sono analoghe a quelle che regolano i nuclei atomici sulla Terra. I ricercatori stanno lavorando per sviluppare interazioni nucleari semplici ma predictive, risolvendo con precisione il problema quantistico di molti corpi, fondamentale per valutare la qualità di tali interazioni. Questo lavoro si basa su interazioni semplici che concordano bene con calcoli precedenti che si basavano su interazioni molto più complesse.
Fenomeni Quantistici nella Materia Neutronica a Bassa Densità
La materia neutronica a bassa densità è caratterizzata da affascinanti fenomeni quantistici emergenti, come la formazione di coppie di Cooper e l’inizio della superfluidità. I ricercatori hanno impiegato reti neurali artificiali insieme a tecniche avanzate di ottimizzazione per esaminare questo regime di densità. Utilizzando un modello semplificato delle interazioni tra neutroni, i ricercatori hanno calcolato l’energia per particella e confrontato i risultati con quelli ottenuti da interazioni altamente realistiche. Questo approccio si dimostra competitivo rispetto ad altri metodi computazionali, ma a una frazione del costo.
Riferimento: Dilute neutron star matter from neural-network quantum states di Bryce Fore, Jane M. Kim, Giuseppe Carleo, Morten Hjorth-Jensen, Alessandro Lovato e Maria Piarulli, 31 luglio 2023, Physical Review Research. DOI: 10.1103/PhysRevResearch.5.033062. Questo lavoro è supportato dal Dipartimento dell’Energia (DOE) Ufficio della Scienza, Ufficio di Fisica Nucleare, dal DOE Ufficio della Scienza, Ufficio di Ricerca Scientifica Avanzata in Informatica, Programma NUCLEI Scientific Discovery through Advanced Computing (SciDAC) e dalla National Science Foundation degli Stati Uniti. I calcoli numerici sono stati effettuati presso il Laboratorio di Calcolo del Centro Risorse di Argonne National Laboratory e sui computer del Argonne Leadership Computing Facility, una struttura utente del DOE Office of Science.
