中子星与核物质模拟中的有限尺寸效应

本研究利用半经典核子相互作用模型，对对称核物质进行了分子动力学模拟。我们表明，在次饱和密度和低温下，解呈现非均匀结构，类似于中子星物质模拟中预期的“核意面”相，但其形状受模拟的人为因素影响。我们探索了施加于模拟原胞的不同周期性边界条件几何形状：立方体、六棱柱和截角八面体。我们发现，对于相同的物理条件（即密度和温度），不同的原胞可能产生不同的解。给定密度下解的特定形状可以通过能量最小化进行解析预测。我们还表明，即使这种行为源于有限尺寸效应，也并不意味着它在非常大的系统中会消失；实际上它独立于系统尺寸：系统尺寸设定了不均匀性的唯一特征长度尺度。随后，我们引入屏蔽库仑相互作用作为中子星物质模型，并在三种原胞几何形状中进行模拟。在这种情况下，不同程长的竞争相互作用产生了众所周知的核意面，且（在大多数情况下）每个原胞内包含多种结构。然而，我们发现结果受有限尺寸影响的方式因原胞几何形状而异。特别地，在相同的物理条件和系统尺寸下，六棱柱每个原胞仅产生一种结构，而立方体和截角八面体则显示出每个原胞包含多种结构的一致结果。在此情况下，预计每个原胞的结果将在系统远大于由竞争相互作用产生的特征长度尺度时收敛。