高密高温核物质的新形态

《Nature》报道了最近的一项精确实验：质子的电荷均方根半径比原来公认的数值小百分之四。由于质子是构成核物质的基本"砖块"之一，探讨质子变小对核物质性质，从而对QCD相变（退禁闭和手征恢复）机制，并进而对高密高温时新物质形态性质的影响，是十分紧迫而意义重大的科研课题。这对于进一步研究物理真空的结构和性质，检验QCD 理论，寻找超越标准模型的新物理都是十分重要的。高密高温条件下核物质的性质具有十分不同于正常条件的特点，既可能发生整体性质的变化，也可能出现物质形态的变化。本项目内容包括两个主要方面，一是高温高密条件下核物质形态的变化，如新型物质的生成和QCD相变种类及机理等；二是介质效应对核物质性质的影响。这对于了解物理真空的性质，检验QCD理论寻找超越标准模型的新物理都具有重要意义。

高密高温强作用物质的性质具有十分不同于正常核物质的特点，既可能发生手整体性质的变化，也可能出现物质形态的变化。本项目研究了强作基本理论的两个重要方面：一是介质中夸克凝聚的计算，二是高温高密条件下核物质退禁闭相变生成的夸克物质的性质等。. 我们发展了计算介质中夸克凝聚的等价质量方法。该方法的重要特点是，不需要对模型参数的刘质量导数作额外假定。我们将这种方法推广到包含有限温度的情况，计算了有限密度有限温度时介质中的夸克凝聚。我们发现，夸克凝聚随着温度和密度的增大而单调减小，说明介质中的手征对称性是随着温度和密度的升高而渐渐恢复的。手征对称性恢复的速度很大程度上决定于夸克禁闭参数：禁闭越强，恢复越快。特别地，当密度一定时，夸克凝聚随温度一般性地减小。在温度较低时，这种减小的速度相对较慢；在温度较高时，这种减小的速度迅速增大。. 在高密高温时，核物质发生退禁闭相变成为夸克物质。夸克物质是一种新的物质形态。研究它的性质要特别考虑夸克禁闭和渐进自由。在密度不特别高时，禁闭作用是主要的；当密度升高时，微扰相互作用的贡献逐渐增大。我们利用线性禁闭表示夸克间的禁闭相互作用，用单胶子交换的类库仑项代表微扰相互作用，从介质中夸克凝聚出发，推导了包含禁闭和单胶子交换效应的新的夸克质量标度。并应用该新标度研究了奇异夸克物质的性质。我们发现，单胶子交换相互作用使奇异夸克物质的能量降低，从而增加了奇异夸克物质绝对稳定或亚稳的可能性。而且，奇异物质状态方程比不考虑单胶子相互作用时变硬，其中的声速可以更快地趋于极端相对论情况时的值。