量子色动力学在有限温度密度区间的相结构

本文综述量子色动力学在有限温度密度区间的相结构,包括高密条件下的色超导态和在高温条件下相对论重离子碰撞实验中产生的强耦合夸克-胶子等离子体。我们简要地介绍在相对论重离子碰撞实验中发现强耦合夸克-胶子等离子体的历史,并且讨论用体粘滞系数与熵的比值确定QCD临界点的可能性。对于在高密区域的相结构,我们着重讨论错位配对情况下的非标准色超导态,解释无能隙色超导态的色磁不稳定性、Sarma不稳定性和Higgs不稳定性.     

量子色动力学在有限温度密度区间的相结构(英文)

本文综述量子色动力学在有限温度密度区间的相结构,包括高密条件下的色超导态和在高温条件下相对论重离子碰撞实验中产生的强耦合夸克-胶子等离子体。我们简要地介绍在相对论重离子碰撞实验中发现强耦合夸克-胶子等离子体的历史,并且讨论用体粘滞系数与熵的比值确定QCD临界点的可能性。对于在高密区域的相结构,我们着重讨论错位配对情况下的非标准色超导态,解释无能隙色超导态的色磁不稳定性、Sarma不稳定性和Higgs不稳定性.     

RHIC束流能量扫描实验中正反粒子椭圆流的平均场势效应（英文）

最近,STAR合作体在相对论重离子对撞机的束流能量扫描实验中观测到了正反粒子的椭圆流劈裂。基于输运模型,发现丰重子介质中正反粒子平均场势的不同可以解释其椭圆流的劈裂。利用Nambu-Jona-Lasinio模型描述相对论重离子碰撞的部分子相,发现实验中正反粒子的相对椭圆流劈裂可以用来约束该模型中夸克矢量相互作用的耦合系数。这一发现对确定QCD相图的临界点位置和理解整个QCD的相结构有重要意义。     

Au+Au重离子碰撞中5~200 GeV碰撞能量下的温度涨落与比热(英文)

使用多相输运（AMPT）模型来研究相对论重离子碰撞中强子物质的比热（C_V）与对撞能量的关系以及温度的高阶涨落,并将之与文献[PhysRevC.94.044901]实验数据的比热结果进行了比较。对经历相变的系统,比热（C_V）作为表征系统状态方程的热力学量,其值预期在临界点发散。而温度的高阶涨落对相变敏感,比热（CV）和温度的高阶涨落都是适于探测QCD相变和临界点的敏感探针。通过逐个事例的平均横动量（<p_T>）来提取有效温度T_eff,再通过粒子的有效温度T_eff的分布提取出了相应粒子的热容。通过有效温度（T_eff）的分布的高阶矩来计算温度的高阶涨落。发现AMPT模型中比热和温度的高阶矩都随温度单调递减。同时还发现在低碰撞能量时,实验数据的比热结果有随能量增加而有一个急速下降,与AMPT模型的走势显著不同。AMPT模型中没有QCD临界点,提供了一个无临界点的参考背景。AMPT模型的计算结果可与实验结果比较作为实验上寻找QCD临界点的参考。     

中高能重离子碰撞中的电磁场效应和手征反常现象

重离子碰撞可以产生极强的电磁场和高温高密量子色动力学(QCD)物质,诱导很多重要手征反常现象,例如手征磁效应和手征磁波.本文围绕手征反常现象中的诸多物理要素,详细介绍包括相对论重离子碰撞中不同碰撞系统和能量下的电磁场特性、同质异位素碰撞中寻找手征磁效应、手征磁波特性、中低能重离子碰撞中磁场效应等一系列与电磁场和手征反常现象相关的理论研究成果.相关研究有助于实验中寻找强相互作用中的电荷宇称(CP)破缺的证据,加深对QCD真空涨落和宇宙中正反物质不对称问题的理解.     

天体物理、引力波及重离子碰撞中的物质

通过相对论性磁流体力学的计算知道,由双中子星合并产生的引力波对中子星内部是否存在夸克物质以及QCD物质状态方程的硬度度非常敏感。这些天文学上创造的热力学极限在20%以内跟某些快度、碰撞参数等条件下的相对论重离子碰撞产生的温度和密度相当。本文结合相对论模拟双中子星系统及实验室中重离子碰撞的结果,从而确定高密物质的状态方程和相结构。讨论了中子星合并后残留物的引力波发射,这将有助于了解夸克强子过渡的性质。     

STAR 飞行时间探测器和反物质氦核的发现

 相对论重离子碰撞物理是20 世纪70 年代以来形成的一个新的研究领域, 其内容是研究在极端条件下的核物质形态, 即研究由相对论核- 核碰撞所产生的极端高温、高能量密度下核物质的性质, 寻找和探测新的核物质相。这种研究对人们了解物质更深层次的性质, 对于粒子物理、核物理和有关宇宙形成及演化的研究都有非常重要的意义。     

在大型强子对撞机上探索物质本源的大型重离子实验

欧洲核子研究中心的大型重离子实验探测器(ALICE),利用2008年开始运行的大型强子对撞机(LHC),将核物质加热到太阳中心温度的几十万倍,研究在高温高密的极端环境下生成的新物质形态(夸克胶子等离子体或夸克物质)的性质.这样的实验有可能从本源上探索:强作用力如何支配物质结构?夸克作为强作用力的基本量子,如何禁闭于质子和中子内部?夸克作为物质的基本组成单元,质量从何而来?文章介绍在大型强子对撞机上探索物质本源的大型重离子实验,内容包括:强作用力与夸克模型、渐进自c由与夸克禁闭、重离子碰撞与夸克物质、LHC上的ALICE实验、连通夸克和宇宙.     

夸克物质中的超子整体极化与矢量介子自旋排列

相对论重离子对撞机RHIC上超子整体极化和矢量介子自旋排列的实验发现证实了近20年前提出的理论.该理论预言和实验测量开辟了一种从自旋这个新的自由度来研究高能重离子碰撞中产生的高温高密核物质特性的新途径.本文简略回顾了整体极化理论提出和实验发现,总结了现有大科学装置上的相关测量进展,以及国际上现有的多种理论解释.同时,简要介绍了STAR探测器近期升级所带来的物理机遇.     

核对称能实验得到最新的π介子数据和对称能约束

中子星并合事件GW170817重新点燃了人们对中子星性质研究的广泛兴趣.由于中子星内部的质子和中子的数量极不对称性,核对称能项对中子星内部的物质状态方程有重要贡献.重离子碰撞是地面实验室唯一能产生高密核物质并研究核状态方程的手段.在亚GeV/u的重离子碰撞中,π介子主要来自弹靶重叠的高密区,其产额比M(π-)/M(π+...     

利用深度学习方法研究核物质状态方程

对核物质状态方程的研究将有助于人们更好地了解原子核的性质以及宇宙和星体的演化过程等基本问题。重离子碰撞能产生高温高密核物质,利用输运模型的模拟结合相关实验数据的比较是研究核物质状态方程最常用方法之一。本文利用深度学习中的卷积神经元网络(CNN)方法对不同核物质状态方程给出的末态质子横动量和快度分布进行学习,使神经元网络具有从末态粒子信息来判断核物质状态方程软硬的能力。利用预测差异分析方法(Prediction Different Analysis),可以找到横动量和快度分布中对状态方程最敏感的区域。此外,还测试了一种基于决策树的梯度提升算法(LightGBM),发现得到的准确度和CNN方法类似。     

核物质的物态方程

本文述评了核物质物态方程的问题和现状，及其在当前核物理研究中的地位．着重评述了核物质的压缩系数问题，以及液气相变和临界温度问题，这都是当前相对论性重离子碰撞和核天体物理研究的热点．     

相对论重离子碰撞与夸克物质

介绍了相对论重离子碰撞与夸克物质研究领域的有关最新进展.讨论了QCD热力学与量子输运理论,对于与QCD相变紧密联系的几个热点问题作了评述,最后分析了该研究领域在近期发展前景.     

重离子引起的核反应(续完)

相对论能量下的重离子反应在低能核反应中,碰撞系统在相互作用的任何时刻都能看作在平衡之中,可是当弹核的速度大大超过核子在核内的速度时,就应当发生区域现象。其中最有趣的性质是核物质的压缩。在实验室条件下,相对论重离子碰撞是产生密度远高于普通核的核物质的唯一手段。另外,用很高能量密度的重弹核可以遍及到核内很大的区域。因此,相对论重离子碰撞是研究高密度高温下的核物质的唯一工具。     

中能重离子碰撞中的气–液相变和同位旋分馏

利用核物质理论研究气–液相变结果表明,气–液相变中临界温度T_c随系统质量的增加而增加,但随碰撞系统同位旋的增加而减小.利用改进的同位旋相关的量子分子动力学模型,研究了中能重离子碰撞过程中同位旋分馏强度随碰撞系统的同位旋和系统质量的变化,结果表明,同位旋分馏强度与气–液相变临界温度T_c有对应的关系,特别是气–液相变和同位旋分馏都发生在正常核密度以下低密度的spinodal不稳定区.这表明气–液相变和同位旋分馏具有相类似的动力学行为和内在联系,也预示着可以通过对同位旋分馏强度的研究和测量来揭示中能重离子碰撞过程中气–液相变的动力学特征     

清华大学物理系原子核物理研究的新进展

在清华大学物理系成立80周年之际,对近年来清华大学物理系原子核物理研究的主要进展情况作一介绍,包括原子核高自旋态的实验研究,原子核结构的理论研究,高能核物理的理论研究.在高自旋态研究方面,内容包括在A～100丰中子核区核的集体振动转动带结构、新的准粒子带特性、新手征二重带等特性研究;在A～140丰中子核区核的八极形变及八级关联等特性研究;在A～130缺中子核区核的形状驱动效应,包括扁椭形变带、形状共存等特性研究.在原子核结构理论研究方面,内容包括用相互作用玻色子模型、推转壳模型、投影壳模型以及相对论平均场对原子核特性的研究;对原子核结构或其他量子系统的各种对称性和代数方法的研究,如动力学对称性、超对称性、势代数方法等;与对称性紧密联系的普通李代数和非线性李代数的表示,如普通李代数、李超代数、平方根型非线性李代数、多项式型非线性李代数等.在高能核物理研究方面,内容主要包括量子色动力学（QCD）在高温高密条件下的相变以及在相对论重离子碰撞中相变信号的研究.     

介质对部分子劈裂几率的影响

利用部分子在热密QCD介质中的辐射谱, 研究部分子在热密介质中的演化规律. 研究结果表明, 在相同能量下介质诱导效应使得部分子在介质中的劈裂几率大于部分子在真空中的劈裂几率; 高密度介质中的部分子劈裂几率大于低密度介质中的劈裂几率. 本文研究结果与美国BNL/RHIC相对论重离子碰撞实验中观测到的高横动量强子产额压低现象一致, 揭示了在RHIC能区已经生成高温高密物质.     

核介质中π介子的衰变常数

研究了核介质中π介子衰变常数fπ 随核介质密度 ρ变化的规律 ,指出了随着核密度的增加fπ 逐渐减小。在正常核物质密度 ρ0 (=0 .17fm3 )时 ,fπ 减小百分之三十三左右。这对于研究核物质中介子动力学和相对论重离子碰撞中夸克胶子等离子体相变都是十分重要的。     

中能重离子碰撞中参与者区域的粘滞系数与熵密度之比(英文)

在同位旋依赖的量子分子动力学(IQMD)和Boltzmann-Uehling-Uhlenbeck(BUU)的框架下研究了重离子碰撞过程中核物质的剪切粘滞系数与熵密度的比值。用不同的方法提取了剪切粘滞系数(η)、熵密度(s)和其他相关的物理量。随着碰撞能量的增加,粘滞系数和熵密度的比值在BUU模型中逐渐趋于一个饱和值而在IQMD模型中出现了一个极小值,认为这个局域的最小值或饱和值对应于中能重离子碰撞中发生的核物质液气相变现象。     

重离子核反应与核物质状态方程

核物质状态方程描述核物质结合能、压强、密度和中子—质子数差异等宏观量之间的关系。核物质状态方程不仅仅与核力属性、核结构性质以及重离子核反应的动力学过程紧密相关,还与致密星体如中子星的结构、演化、辐射与并合等天体过程紧密相关。基于加速器装置的重离子核反应实验,是地面实验室模拟产生极端条件核物质的唯一手段,因而也成为研究核物质状态方程的有效途径。当核物质中的中子数远大于质子数时,例如中子星内部的情形,核物质状态方程中的主要贡献项是对称能项。迄今为止,对称能关于密度的函数是核物理和天体物理中一个未知而又非常重要的物理量。通过重离子核反应的实验和理论研究来确定对称能的密度依赖关系及其在核反应以及致密星天体事件中的物理效应,是当代核物理基础研究的重要前沿。文章介绍了中能重离子核反应和核物质状态方程的一些背景知识和研究方法,以及近年来的一些进展。