近日，华南师范大学量子物质研究院科研团队在量子多体理论研究领域取得重要进展。他们与合作者提出并验证了一种算符期望的全新的计算方法，并应用于热中子物质结构因子的研究。相关成果于6月5日发表在《物理评论快报》。
从核心塌缩超新星爆发到中子星合并，量子多体计算在理解这些极端天体环境中的物质行为方面起着至关重要的作用。然而由于现实核力的复杂性，高精度的第一性原理计算往往非常困难，例如蒙特卡洛计算中的符号震荡问题。研究者们利用最近发展出来的Wavefunction Matching方法使用微扰论可以“绕过”符号震荡问题。但它同时也给算符的计算带来了挑战，其计算量会随单体算符的数目成指数增长。在此工作中，他们提出了“Rank-One Operator”的方法，有效解决了处理多体算符和高阶修正时计算量指数级增长的问题。
在格点有效场论（NLEFT）的框架下，研究者们应用“Rank-One Operator”方法对不同温度和密度下的中子物质结构因子进行了首次的第一性原理计算。结果表明，在低密度条件下，格点计算与Virial展开符合很好；在高密度条件下，格点计算能提供更可靠的理论预言。格点计算结果将用来标定RPA和其他理论模型，并为超新星爆发的3D模拟提供重要的输入量，最终将帮助人们更好的理解极端核天体现象。
图1：有限温度中子物质的静态结构因子Sv（左）与Sa（右），格点有效场论NLEFT计算结果与Virial展开、RPA计算对比。
该研究团队包含量子物质研究院的马远卓特聘副研究员（本文一作）与王倩研究员。南方核科学计算中心为此研究提供了有力支撑，该项目同时还得到了广东省基础与应用基础研究重大、“博新计划”、博士后面上、基金委青年等项目的支持。
成果链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.232502
图2：成果链接截图