WoU-MMA: Thermodynamics of Nuclei and Nuclear Matter

WoU-MMA:原子核和核物质的热力学

基本信息

  • 批准号:
    2013078
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 30万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2020
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2020-08-15 至 2024-07-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The origin of the heavy elements in our Universe remains a mystery. At least half of those elements are believed to be generated in violent collisions between neutron stars, and whether this is true is a central question in nuclear astrophysics. To answer that question, neutron-star collisions are studied in astrophysics simulations, which in turn need input data from nuclear physics. Specifically, simulations require information about neutrons and protons at very high temperatures and densities. This project aims to calculate such thermal properties from first principles: starting from neutrons and protons and their interactions, and implementing the computational machinery of lattice quantum field theory. Using the same tools, the PI will also study simpler, related systems in ultracold atomic physics that are currently realized in many laboratories worldwide. The PI will mentor graduate students engaged in this research in a teaching-and-training collaboration with UNC-Pembroke, and in research collaborations with Michigan State University, the University of Washington, and TU Darmstadt. Outreach activities will also include the organization of the 21st International Conference on Recent Progress in Many-Body Theories at UNC-CH.The recent gravitational- and electromagnetic-wave detection of neutron star mergers has given new impetus to the ab initio characterization of the thermodynamics of nuclei and nuclear matter. The latter are required as input to dynamical astrophysics simulations but pose a challenging quantum many-body problem. The overarching objective of this project is to face that challenge, starting with the finite-temperature thermodynamics of neutron matter, using the ab initio non-perturbative tools of non-relativistic lattice field theory combined with chiral effective theory interactions. The research program will focus on the thermal equation of state of nuclear matter, beginning with dilute pure neutron matter, with plans to include protons at a later stage. Calculations of the pairing, superfluidity, and clustering properties of neutron matter are also planned, as they impact the structure and thermal evolution of neutron stars. This project will also pursue studies of nucleon clustering and the density of states of finite nuclei, and ab initio calculations of the neutron skin, all of which are relevant to nuclear astrophysics and the physics of neutron-rich nuclei to be realized in heavy-ion facilities around the world.This project advances the objectives of "Windows on the Universe: the Era of Multi-Messenger Astrophysics", one of the 10 Big Ideas for Future NSF Investments.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
宇宙中重元素的起源仍然是个谜。据信,这些元素中至少有一半是在中子星之间的剧烈碰撞中产生的,这是否属实是核天体物理学的一个核心问题。为了回答这个问题,在天体物理学模拟中研究中子星碰撞,而天体物理学模拟又需要来自核物理学的输入数据。具体来说,模拟需要有关非常高的温度和密度下的中子和质子的信息。该项目旨在从第一原理计算此类热性质:从中子和质子及其相互作用出发,并实现晶格量子场论的计算机制。使用相同的工具,首席研究员还将研究超冷原子物理中更简单的相关系统,这些系统目前已在世界各地的许多实验室中实现。 PI 将指导参与这项研究的研究生,与北卡罗来纳大学彭布罗克分校进行教学和培训合作,并与密歇根州立大学、华盛顿大学和达姆施塔特工业大学进行研究合作。外展活动还将包括在北卡罗来纳大学CH中心组织第21届多体理论最新进展国际会议。最近对中子星合并的引力波和电磁波探测为原子核和核物质热力学的从头开始表征提供了新的动力。后者需要作为动力学天体物理模拟的输入,但提出了具有挑战性的量子多体问题。该项目的总体目标是面对这一挑战,从中子物质的有限温度热力学开始,使用非相对论晶格场理论的从头算非微扰工具与手性有效理论相互作用相结合。该研究计划将重点关注核物质的热态方程,从稀纯中子物质开始,计划在后期包括质子。还计划计算中子物质的配对、超流性和聚类特性,因为它们影响中子星的结构和热演化。该项目还将开展核子团聚和有限核态密度的研究,以及中子表皮的从头计算,所有这些都与核天体物理学和富中子核物理相关,将在世界各地的重离子设施中实现。该项目推进了“宇宙之窗:多信使天体物理学时代”的目标,这是未来国家科学基金会的十大想法之一 投资。该奖项反映了 NSF 的法定使命,并通过使用基金会的智力价值和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Pairing and the spin susceptibility of the polarized unitary Fermi gas in the normal phase
  • DOI:
    10.1103/physreva.103.043330
  • 发表时间:
    2021-02
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Lukas Rammelmüller;Yaqi Hou;J. Drut;J. Braun
  • 通讯作者:
    Lukas Rammelmüller;Yaqi Hou;J. Drut;J. Braun
Fourth- and fifth-order virial expansion of harmonically trapped fermions at unitarity
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  • DOI:
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  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4.2
  • 作者:
    Hou, Y.;Morrell, K. J.;Czejdo, A. J.;Drut, J. E.
  • 通讯作者:
    Drut, J. E.
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  • 发表时间:
    2021-12
  • 期刊:
  • 影响因子:
    1.7
  • 作者:
    A. Czejdo;J. Drut;Yaqi Hou;K. J. Morrell
  • 通讯作者:
    A. Czejdo;J. Drut;Yaqi Hou;K. J. Morrell
Pairing patterns in polarized unitary Fermi gases above the superfluid transition
超流跃迁上方极化酉费米气体的配对模式
  • DOI:
    10.1103/physreva.105.063317
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Attanasio, Felipe;Rammelmüller, Lukas;Drut, Joaquín E.;Braun, Jens
  • 通讯作者:
    Braun, Jens
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  • 资助金额:
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