重离子碰撞与核的对称能以及中子星的结构

探索同位旋非对称核物质的状态方程，尤其是核的对称能，是当前核物理研究前沿的一个核心内容。近年来，人们在关于对称能的实验和理论研究中取得了很大的进展，对对称能的密度相关性已逐步有了比较清楚的认识。这些研究已大大促进了人们对同位旋核物理以及致密星体，尤其是中子星结构的认识。然而，对于对称能密度相关性的一些细节，还存在一定的模型依赖。丰中子核引起的重离子碰撞，为人们在实验室研究对称能的密度相关性提供了一个理想的环境。通过改进和发展已有的重离子碰撞微观输运模型，本项目拟研究重离子碰撞中的同位旋效应，探索一些对称能敏感的实验观测量可能存在的模型依赖。通过与重离子碰撞实验数据比较，更精确地约束对称能的密度相关性，并进一步研究这些约束对中子星结构的影响。同时，研究中子星的观测数据对对称能的约束。上述研究内容属当前国际核物理研究前沿中的热点，对于理解极端同位旋条件下的核物理以及核天体物理的研究有重要意义。

探索同位旋非对称核物质的状态方程，尤其是核的对称能，是当前核物理研究前沿的一个核心内容。本项目的主要目的就是改进和发展已有的重离子碰撞微观输运模型，研究重离子碰撞中的同位旋效应，约束对称能的密度相关性，并进一步研究对称能与中子星关系。截至目前，已基本完成原计划的研究内容，部分成果还在整理之中。经过该项目的研究，我们主要取得了以下成果：1)通过耦合IBUU模型和相空间的并合模型，研究了中高能重离子碰撞中轻碎片t和3He的集体流，发现t和3He的横向流差敏感于对称能的高密行为；2) 基于相对论协变RVUU输运模型，研究了GSI能区重离子碰撞中双奇异重子Ξ的产生，发现超子-超子散射对Ξ的产生很重要；3)通过考虑强子的平均场势，扩展了AMPT模型，发现其能较好解释RHIC低能区粒子和反粒子的椭圆流差；4)研究了对称能的相对论和非相对论单粒子势(自能)的一般分解，并由光学模型数据给出了饱和密度处对称能大小和密度梯度的一个约束；5)建立了Skyrme相互作用参数与核物质宏观性质的解析关系，这为通过对有限核进行Skyrme-HF计算以提取核物质宏观性质提供了一种方便的途径。作为例子，我们研究原子核中子皮厚度与核物质宏观性质的关联。通过与Sn同位素中子皮数据的比较，我们得到了关于对称能的一个很强的约束。进一步，系统分析了利用有限核的巨共振来提取对称核物质的不可压缩系数K0可能存在的不确定性，并发现100Sn与132Sn的巨共振能差可以作为提取对称能的探针；6) 基于MDI相互作用，研究了热中子星的壳芯转变密度和压强。发现中微子俘获对热中子星的壳芯转变密度和压强有较大影响。进一步，研究结果表明，随着温度的升高，热中子星的壳芯转变将消失，这意味着热的中子星可能没有壳层结构；7) 基于MDI相互作用以及相对论平均场模型，系统研究了核子-超子相互作用、超子-超子相互作用以及对称能高密行为对混杂星结构性质的影响，发现对一些特殊超子相互作用，混杂星的最大质量可以达到两倍太阳质量；8) 研究了非牛顿引力对中子星结构的影响。发现考虑非牛顿引力的影响后，“超软”的对称能高密行为仍然可以给出质量等于或大于1.4倍太阳质量的稳定的中子星。同时，我们的结果表明中子星的壳芯边界不仅依赖于U玻色子的耦合强度，还依赖于U玻色子的质量。