强磁场中重子性质及其在磁星中应用的研究

Recently, experiments have observed that there exists a strong magnetic field when baryon collide with each other, and astrophysics have observed that the strong magnetic field exists in magnetars. .The baryon states have electric charge distribution, thus the interaction between baryons and magnetic fields modifies the properties of baryons. Recently, the magnetic response of shape, effective mass and charge radius of proton and neutron are studied in a Skyrme model. However, since the present model is quite simple, theoretical predictions do not fit experimental observations well in a weak magnetic field region. .Through this project, the dynamics of scalar mesons and other light mesons are to be introduced to extend the Skyrme model. The prediction results of mass, charge radius and magnetic moment of proton and neutron are expected to be agree with experimental results. After that, introduce strong magnetic field into this model, and then calculate the effective mass and charge radius of proton and neutron more precisely. Finally, put Skyrmion together to construct Skyrmion crystal and introduce strong magnetic field to study baryon properties in high density and strong magnetic field region. By calculating the equation of states, we expect to predict the mass limit of magnetar.

近年来试验上发现重粒子在高速碰撞的瞬间会产生非常强的磁场，另外，天体物理学观测到在磁星中存在非常强烈的磁场。.由于重子是由夸克、胶子所构成的复合粒子，而夸克携带有电荷，因此在强磁场中重子的性质会发生改变。比如，近期申请人使用只包含π介子的斯格明模型，对质子和中子的形状、有效质量及密度随磁场强度的变化方式进行了定量的分析。但是由于目前的模型比较简单，在磁场强度较弱的情况下，理论预言与实验观测到的数据还有较大差距。.本项目通过引入标量介子等轻介子场的动力学性质来扩展斯格明模型，预期在弱磁场情况下质子与中子的质量、电荷半径与磁矩等物理量会更好的与实验结果相吻合。而后将强磁场导入扩展了的斯格明模型，对质子与中子在强磁场中的有效质量与电荷半径进行更为精确的解析研究。最后将斯格明子堆放在一起构成重子的晶体并导入强磁场，以便研究高密度强磁场中重子的性质。计算此时的状态方程式并预测磁星的质量上限。

本项目使用斯格明模型，主要研究了Delta同位旋粒子在弱磁场中的磁矩与质子和中子磁矩的关系，Delta同位旋粒子的质量、半径与密度在强磁场中的变化特性。研究表明，斯格明模型可以系统探索重子在强磁场中的性质，在磁星内部磁场强度最高的地方，由磁场所引起的重子密度变化大概在20%以内，这些重子密度的变化可能会被今后的实验所观测到。另外由于目前对多夸克系统的研究逐渐成为热点，因此使用手征夸克模型对含重味夸克的奇特重子态进行了系统的研究。主要研究了可能存在的束缚态的夸克组成成分、质量以及可能的空间构型。研究表明，含有重夸克成分的奇特重子态比较容易形成共振态或者束缚态，考虑隐色道效应后会形成一些较深的束缚，奇特重子态有比较丰富的结构。