ITMO大學科學家利用捕獲離子模擬星系動力學

來自ITMO大學的專家團隊開發出了一種新穎的方法，能夠高精度地模擬恆星相對於銀河系中心的運動，進而推演我們銀河系的未來演變。此方法的精髓在於運用被特殊實驗室陷阱捕獲的原子離子，這使得研究能夠從純粹的數學運算轉向基於相似性原理的實驗性天體物理過程探究。

ITMO大學納米結構物理科學與教育中心的科研人員謝苗·魯道伊（Semyon Rudoy）解釋說，這種技術的優勢在於能夠在實驗室中「掌中還原」宇宙系統。透過將陷阱中的帶電粒子作為恆星的類比，科學家們得以研究甚至干預天體物理現象。星系，如同其他大型宇宙結構，本質上是極其複雜的動力學系統；初始條件的微小變動都可能在長期內導致難以預測的結果，這極大地限制了傳統計算模型的預測準確性。

為了在漫長的時間尺度上進行預測，天文學家傳統上依賴簡化的數學模型，例如由米歇爾·赫農（Michel Henon）和卡爾·海勒斯（Carl Hales）於1964年提出的赫農-海勒斯勢（Hénon-Heiles potential）。然而，ITMO大學這項獲得俄羅斯科學基金會支持的研究證明，在四極陷阱中原子離子的軌跡行為，與星系潛場中恆星的軌道表現出驚人的相似性。物理學家們成功地發現，經典的天體物理學赫農-海勒斯勢，竟然可以在原子離子系統中得以實現。

為了在離子陷阱中構建出所需的電場配置，研究人員使用了沉積在玻璃基板上的氧化銦錫（ITO）電極。同一研究中心的資深研究員德米特里·謝爾比寧（Dmitry Sherbinin）強調，儘管宏觀與微觀層面的本質差異巨大，但混沌系統本質上遵循著共通的規律。這一點為我們提供了論證基礎，即存在著能夠相互複製的、適用於不同混沌系統的統一調節機制。

在相關領域，例如離子量子計算方面，俄羅斯科學院物理研究所（FIAN）的科學家們已在2025年12月取得了突破，他們在一個70量子位元電腦上實現了單量子位元操作的創紀錄精度，這充分證明了他們在處理離子系統方面的深厚功力。儘管像克里斯多福·門羅（Christopher Monroe）這樣的國際研究人員正將離子量子模擬視為研究凝聚態系統的潛力平台，但俄羅斯的這項最新開發卻另闢蹊徑，專注於利用控制帶電粒子的基本原理，來建立宏觀天體物理模型的模擬工作。