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近日，物理科学与技术学院王龙军教授与上海交通大学孙扬教授合作，在物理学顶级期刊《物理评论快报》（Physical Review Letters）发表了题为《快质子俘获过程等待点核的天体弱衰变率：强磁场效应》（Stellar Weak Rates of the rp-Process Waiting Points: Effects of Strong Magnetic Fields）的研究论文。
“从铁到铀的元素是如何产生的?”，即著名的“重元素起源”问题，被美国国家科学院于2003年列为了21世纪11个重大科学问题之一。快质子俘获(rp)过程为重要的天体核合成方式之一，其发生场所被认为是在绚丽的吸积中子星外层，合成路径表现为较轻的原子核连续俘获天体环境下的质子，然后再进行β+衰变与电子俘获过程。其中，64Ge等几个等待点核，由于在地球环境下的β+衰变率很弱（半衰期很长），决定了rp过程的时标、路径、丰度及相应的中微子发射率。然而，在高温、高密、强磁场的天体环境下，一方面，原子核的电子俘获过程通道被打开；另一方面，天体环境下的β+衰变率和电子俘获率极有可能与地球环境下的截然不同。为此，王龙军课题组发展了可以同时包含容许跃迁与一级禁戒跃迁以成功计算高温、高密、强磁场的天体环境下原子核弱衰变率与中微子发射率的角动量投影理论与模型，研究结果表明：当磁场较弱时，电子费米球内的朗道能级非常密，面密度与有效朗道能级数的平衡导致衰变率不随磁场的变化而改变；当磁场很强时，朗道能级数目极少，电子俘获率将快速随磁场的增强而增加。这将导致在强磁场环境下rp过程相关核素的总衰变率快速增加，从而影响rp过程的时标、路径、丰度及相应的中微子发射率与冷却过程等。
该研究首次发展了可以计算真实的高温、高密、强磁场的天体环境下原子核弱衰变率与中微子发射率的理论工具，将对超新星爆发、双中子星并合、磁星的演化、重元素的起源等重大科学问题提供理论指导。
物理科学与技术学院2023级硕士研究生胡其业为第一作者，王龙军为通讯作者，西南大学物理科学与技术学院为第一完成单位。该工作得到了国家自然科学基金的资助。
论文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/wg2d-fx7j
