用Dyson-Schwinger方程方法研究高密度夸克物质状态方程并应用于计算致密星性质

Strong interacting system at high densities is a hot topic in study of non-perturbative quantum chromdynamics (QCD). Compact stars provide natural "laboratories" for such study. Dyson-Schwinger equations (DSE) approach is well based on QCD, and provides a good theoretical framework for studying dense quark matter. This proposal is to investigate the equation of state (EoS) of quark matter at high densities in the framework of DSE, and apply it to study of compact stars. Based on our previous work and recent developments on study of hadron properties with DSE approach, we plan to improve the model of quark-gluon vertex and gluon propagator at finite chemical potentials, and try to obtain a more realistic EoS of dense quark matter. Then, we will compute the hadron-quark phase transition in the interior of neutron stars and the structure of hybrid stars by using the EoS mentioned above, so that it is possible to obtain a good agreement between our theoretical results and observations of compact stars. This study is helpful for understanding non-perturbative QCD, and provides theory foundations for investigation of dense quark matter and compact stars.

当前研究量子色动力学的非微扰性质的一个重要方向是研究高密度下的强相互作用系统。高密度的致密星为该研究提供了天然的'实验室'。Dyson-Schwinger方程方法具有很好的量子色动力学理论基础，是研究该问题的非常好的理论方法。本项目拟采用Dyson-Schwinger方程方法研究高密度夸克物质的状态方程并应用于计算致密星的性质。基于我们已有的工作并结合Dyson-Schwinger方程方法在研究真空强子性质方面的最新进展，我们拟改进有限化学势下的夸克-胶子顶点与胶子传播子模型，在此基础上得到更为合理的夸克物质状态方程。然后，采用得到的高密夸克物质状态方程计算中子星内的强子-夸克相变和混杂星的结构，使混杂星性质更符合观测的限制。这一项目的研究有助于加深对非微扰量子色动力学的认识，并为研究高密度夸克物质和致密星性质提供好的理论基础。

由于量子色动力学的非微扰性质，强相互作用的性质仍然是当前粒子物理和核物理研究的重点和难点。当前研究量子色动力学的非微扰性质的一个重要方向是研究高温/高密度下的强相互作用系统。高密度的致密星观测为研究冷密的核物质/夸克物质提供了天然的‘实验室’，而相对论重离子碰撞实验为研究高温低密的强相互作用系统提供了越来越多的实验数据。理论上，Dyson-Schwinger 方程方法具有很好的量子色动力学理论基础，是研究该问题的重要的非微扰理论方法。本项目采用Dyson-Schwinger 方程方法研究零温有限化学势/密度下夸克物质的状态方程并应用于计算致密星（包括混杂星和奇异夸克星）的性质。项目组成员还对相对论重离子碰撞实验中轻反（核）物质的产生和性质做了研究。.首先，我们基于量子色动力学的Dyson-Schwinger 方程方法，研究了在Ball-Chiu顶点和1BC顶点下，结合化学势依赖的高斯有效相互作用模型，给出的冷密夸克物质的状态方程，并与彩虹近似下的结果给出了比较。利用上述模型下得到的夸克物质状态方程结果，我们讨论了不同参数范围下的强子相到夸克物质的相变、以及奇异夸克物质假设实现的可能性，计算了对应的混杂夸克星或奇异夸克星的结构与性质。我们发现，当前的模型得到的混杂星最大质量可以满足当前两倍太阳质量脉冲星的观测限制，但奇异星结果不满足这一要求。我们还讨论了在纯中子星到混杂星/奇异星转变过程中释放的能量，这可能和天文上某些能量爆发现象有关。此外，项目组成员还研究了在相对论重离子对撞实验中，反物质的生成及性质。研究了不同能量、不同种类重离子碰撞下，轻反原子核的的产率、分布及对中心度的依赖等性质。上述研究结果已发表了7篇文章于Physical Review D 等国际SCI期刊上，并在国际会议上做了报告。这些的研究成果有助于加深对非微扰量子色动力学的认识，为研究高密度夸克物质和致密星性质提供更好的理论基础，并对反物质研究具有积极意义。