研究人员揭示了碳12是生命的基石

这些计算机模拟显示了碳-12在不稳定的，激发的霍伊尔状态下的结构，以及作为稳定基态的生命物质。来源：詹姆斯·瓦利/爱荷华州立大学

在世界上最强大的超级计算机和新的人工智能技术的帮助下，一个国际研究小组从理论上分析了恒星的极端条件如何产生碳-12，他们将其描述为“生命诞生的关键门户”。

研究人员的基本问题是“宇宙如何产生碳-12？”爱荷华州立大学物理学和天文学教授詹姆斯·瓦里（James Vary）说，他是该研究合作的长期成员。

“事实证明，生产碳-12并不容易，”Vary说。

它需要恒星内部或恒星碰撞和爆炸中的极端热量和压力来产生新兴的，不稳定的，激发态的碳核，具有三个松散连接的团块，每个团块有两个质子和两个中子。这些不稳定的碳核中的一小部分可以以伽马射线的形式射出一点额外的能量，并成为稳定的碳-12，生命的东西。

Nature Communications最近发表的一篇论文描述了研究人员的超级计算机模拟以及由此产生的碳核结构理论，该理论有利于其在宇宙中形成。

这篇论文描述了α粒子-氦-4原子，具有两个质子和两个中子-如何聚类形成更重的原子，包括一种不稳定的，激发的碳-12态，称为霍伊尔态（由理论天体物理学家弗雷德·霍伊尔在1953年预测为我们所知的生命的前身）。

研究人员写道，这种α粒子聚类“是一个非常美丽和迷人的想法，并且确实是合理的，因为（α）粒子在结合能很大的情况下特别稳定。

为了验证这一理论，研究人员进行了超级计算机模拟，包括在日本神户RIKEN计算科学中心的Fugaku超级计算机上进行计算。根据最新的TOP500超级计算机排名，Fugaku被列为世界上最强大的超级计算机，并且比第2名强大三倍。

Vary说，研究人员也从头开始或从第一原理开始工作，这意味着他们的计算是基于已知的科学，不包括额外的假设或参数。

他们还开发了计算人工智能的一个分支统计学习技术，以揭示霍伊尔状态的α聚类和稳定碳-12的最终产生。

Vary表示，该团队已经工作了十多年，以开发其软件，完善其超级计算机代码，运行其计算并解决较小的问题，同时为当前的工作做准备。

“有很多微妙之处 - 那里有很多美丽的互动，”Vary说。

研究人员写道，所有的计算、物理量和理论上的微妙之处都与核物理这个角落的实验数据相匹配。

所以他们认为他们对碳-12的起源有一些基本的答案。Vary说，这应该导致更多的研究寻找关于该过程及其工作原理的“细粒度细节”。

例如，碳生产主要是恒星内部过程的结果吗？瓦利问道。还是超新星爆炸？还是超密集中子星的碰撞？

研究人员现在很清楚一件事：“极端环境中的这种核合成会产生很多东西，”Vary说，“包括碳。