QCD物質(zhì)相結(jié)構(gòu)及臨界行為若干問題的模型理論研究.pdf

1、量子色動力學(xué)(QCD)是描述夸克層次上的強相互作用動力學(xué)基本理論.在有限溫度有限密度下,QCD物質(zhì)具有非常豐富的相結(jié)構(gòu),如強子物質(zhì)相,夸克膠子等離子體相及超導(dǎo)超流相等.研究不同相之間的相變及臨界現(xiàn)象,確定相邊界及臨界點位置等,是當(dāng)前高能物理研究領(lǐng)域里的重要課題。一般來講,直接從QCD拉式量出發(fā)進行研究,在高溫高密條件下,可以采用微擾論的方法。在非微擾區(qū)域,通過格點計算或建立具有QCD對稱性的有效模型來討論QCD物質(zhì)的熱力學(xué)性質(zhì)及相關(guān)計算

2、方法等。本論文基于QCD有效模型,討論了有限重子數(shù)密度下QCD臨界點位置的確定、不同臨界行為的過渡區(qū)域;有限同位旋密度下三種相變的相互影響及在π超流相的BEG-BCS過渡。
　　 本文的前三章簡要評述了相關(guān)的工作基礎(chǔ)。首先,我們對已有的QCD物質(zhì)相結(jié)構(gòu)的研究作了簡單回顧。然后,介紹了具有QCD對稱性的兩種有效模型,NambuJona-Lasinio(NJL)模型和Polyakov-NJL(PNJL)模型.NJL模型是四費米子直接

3、相互作用,具有QCD的手征對稱性.PNJL模型在NJL模型基礎(chǔ)上,引入靜態(tài)膠子場背景,將夸克的手征凝聚與Polyakov圈耦合起來,兼具QCD手征性和禁閉性質(zhì)。具體計算是在有限溫度場論框架下進行的。
　　 本文的后半部,討論了具體的研究成果.我們用朗道相變理論,系統(tǒng)分析了兩味NJL模型在有限溫度有限重子數(shù)密度下的相結(jié)構(gòu),給出三維空間T-μ-m0中的相圖。清楚地顯示出三臨界點、臨界結(jié)點以及普通臨界點的區(qū)別和聯(lián)系,為接下來分析臨界現(xiàn)

4、象作準(zhǔn)備?？紤]到手征極限下三臨界點的特殊性,我們分析了沿不同相變線趨近它時熱力學(xué)量的臨界行為。結(jié)果表明,在三臨界點鄰域內(nèi),存在從φ4-φ6臨界行為的過渡區(qū)域,且給出了不同臨界行為的區(qū)域。進一步研究表明,沿一級相變線去趨近三臨界點時,臨界指數(shù)需要進行Fisher重整化。
　　 通過能量掃描尋找QCD臨界點位置,一直是高能重離子碰撞實驗的目標(biāo)之一。由于臨界點是一級相變的終止點,我們考慮沿一級相變線進行能量掃描去接近QCD臨界點的方法

5、。本文的分析證實,不僅在手征對稱破缺相有熱π介子存在,而且在手征對稱恢復(fù)相,除了有夸克反夸克外,必然會存在熱π介子被激發(fā)的區(qū)域?？紤]到一級相變線上系統(tǒng)處于兩相共存狀態(tài),文中分析了這種特征。序參量及相關(guān)物理量如π介子質(zhì)量等具有兩個物理值,但到臨界點處兩個物理值重合。熱π介子在兩相的質(zhì)量差別,會使得在兩相介子的豐度不同,從而π介子衰變的產(chǎn)額也不同。但到臨界點這些差別消失。我們期待這種圖像能為實驗上探索相邊界和臨界點提供有益的啟示。
　

6、　 最后,我們在PNJL模型框架下研究了同位旋化學(xué)勢效應(yīng).討論了手征相變、退禁閉相變和π超流相變的相互影響,計算了超流相的介子激發(fā)譜,并獲得相應(yīng)的T-μI相結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明,禁閉性擴大了手征凝聚和π凝聚的范圍,并且影響了熱力學(xué)系統(tǒng)的集體激發(fā)模式;T-μI相圖被分為四種物態(tài)區(qū)域,即強子相、夸克膠子等離子體相、BEC超流相和BCS超流相。在π超流相,當(dāng)同位旋化學(xué)勢大小等于兩倍夸克有效質(zhì)量時,存在BEC-BCS的過渡行為,這是密度引起的效應(yīng).