QCD相变和强子性质的研究

The studies of QCD phase transitions and hadron properties are always one of the frontier fields, which is focused by particle and nuclear physics community. In recent years, many related experimental equipment and detectors will be constructed or upgraded and put into operation, and will bring about great challenges and opportunities to the existing theories. The solution of many problems related to the hadron structure QCD phase transitions need to use the theory and approaches of non-perturbative QCD, and close coordination between theory and experiment, therefore, the study of properties of ground state and excited states of hadrons, hadron structure, hadron form factors, parton distribution function, and other physical quantities have drawn wide attention. In addition, studies on the phase transitions of QCD can help us to understand the mass origin of the observable matter in the universe and the nature of the early universe, as well as the nature of compact star. The nature of the phase transitions of strongly interacting matters, the existence and location of CEP, the influence of strong external magnetic field and chiral chemical potential on the relevant physical quantities and physical processes, hadronic spectrum, exotic hadron states, and similar issues are also focuses of theoretical and experimental studies. This project intends to adopt Dyson-Schwinger equations approach, Bethe-Salpeter equations, Faddeev equation, which have good QCD foundation, to study the related issues.

有关QCD相变和强子性质的研究一直都是核物理和粒子物理学界关注的前沿领域之一。近年来，又有许多相关的实验设备与探测器即将完成建造或升级并投入运行，给现有理论带来了很大的挑战和机遇。解决强子性质和QCD相变领域的众多问题都需要用到非微扰QCD的理论和方法，并与实验密切配合，因此基态和激发态强子性质，强子结构，强子的形状因子，部分子分布函数等物理量的研究引起了人们的广泛重视。此外，QCD相变的研究有助于人们理解宇宙中可观测物质质量的起源和早期宇宙的性质，以及有关致密星性质的讨论等。强相互作用物质的性质和相变，CEP的存在性及位置，强外磁场和手征化学势对相关物理量和物理过程的影响，强子谱，奇特强子态等问题也是理论和实验上研究的热点。本项目拟在有很好QCD基础的Dyson-Schwinger方程、Bethe-Salpeter方程、Faddeev方程等理论框架下，对上述相关问题进行研究。

量子色动力学（QCD）相变和强子结构等课题一直都是核物理和粒子物理学界关注的前沿领域之一。QCD相变的研究有助于人们理解极高温极高密下强相互作用物质的变化，为宇宙演化初期和夸克星性质等研究提供参考，而强子内部结构的研究对于宇宙中可见物质质量起源问题至关重要。.我们在研究过程中取得的主要进展有：1、详细讨论了有限体积效应对手征相变的影响（特别地，提出了“赝临界终止点”的概念），发现之前他人用不同手征模型所得的结果各有优劣，值得进一步探究；2、提出了一种新方法来处理夸克-反夸克-胶子的相对论三体束缚态，并首次通过连续量子场论方法来分析混杂介子态。基于Faddeev方程，证明了在束缚态内部，夸克-胶子（及反夸克-胶子）存在强关联；3、利用格点QCD的最新结果，给出了对QCD有效荷的无参数、重整化群不变、过程无关的预言。特别地，这一有效荷几乎与通过比约肯求和规则定义的过程相关有效荷相同，也与单圈演化方程所采用的过程相关有效荷相同。我们所得有效荷的这些特性表明，它是描述在任意给定动量标度下QCD相互作用强度的强力候选者；此外，其性质也表明QCD是一个有良好数学定义的四维量子场论；4、对所有pi和K介子分布函数的逐点行为做了无参数预测，包括胶子和海夸克的部分。特别地，K介子发现于1947年，但我们给出的其胶子和海夸克分布函数却是历史上首次。每个分布函数的大x行为都符合基于QCD的预言；价夸克分布与从可用数据中提取的值匹配；尽管与质量相关的分裂函数在价夸克领域导致了一些差异，但K介子中胶子和海夸克分布与pi介子中的依然相似；5、采用了一种新的数学方法来分析精确的实验数据，消除了在选择拟合形式时的任意性，以求解包括质子半径、pi介子半径在内的物理问题，并尝试解释 “质子半径之谜”。