【摘要】：對(duì)物質(zhì)的相以及其性質(zhì)的研究是一個(gè)重要的科學(xué)問題。一個(gè)基本的物理問題是:當(dāng)物質(zhì)極度加熱以及壓縮將發(fā)生什么。在非常高的溫度以及致密的情況下,強(qiáng)相互作用的基本自由度變?yōu)榭淇撕湍z子。量子色動(dòng)力學(xué)(Quantum Chromodynamics,QCD)——描述了夸克和膠子之間的相互作用,是強(qiáng)相互作用的基本理論,它也是自然界四大基本相互作用中之一,并且還是粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型的一部分。在低溫低密的時(shí)候QCD物質(zhì)的相為禁閉的強(qiáng)子(包括重子和介子),在高溫高密的時(shí)候禁閉的強(qiáng)子可能轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋�(gè)退禁閉的夸克膠子等離子體態(tài)(Quark-Gluon Plasma,QGP)。QCD物質(zhì)可能存在的相以及其物理性質(zhì)是當(dāng)今許多研究的主題,它可以被應(yīng)用到很多不同的研究領(lǐng)域,比如早期宇宙的演化(也稱作“大爆炸”),再比如相對(duì)論重離子碰撞實(shí)驗(yàn)(也稱作“小爆炸”)以及中子星內(nèi)部的致密核物質(zhì)等等。最近,新的變量(或者說參數(shù),比如電磁場(chǎng),旋轉(zhuǎn)以及同位旋化學(xué)勢(shì)等等)的出現(xiàn)使得對(duì)QCD物質(zhì)性質(zhì)以及相結(jié)構(gòu)的研究變得越來越有趣。在本論文中,我們首先在泛函重整化群方程的框架下研究了矢量相互作用對(duì)手征相變的影響,其次在NJL模型的框架下研究了旋轉(zhuǎn)對(duì)介子超流相變的影響。一方面,我們擴(kuò)展了夸克介子(包含夸克、σ和π介子)模型,引入矢量介子ω耦合形式,應(yīng)用泛函重整化群方程方法,研究了兩味無質(zhì)量QCD物質(zhì)在非零溫度密度下的相結(jié)構(gòu)。我們不僅研究了夸克、σ和π介子的漲落,而且首次在流方程中包含了 介子振幅的漲落。我們發(fā)現(xiàn)QCD物質(zhì)在溫度比較高的時(shí)候存在一個(gè)二階相變,此時(shí)ω介子場(chǎng)對(duì)相邊界的效應(yīng)和平均場(chǎng)近似計(jì)算的結(jié)果極其相似,隨著矢量耦合常數(shù)增大,相邊界會(huì)朝著更高化學(xué)勢(shì)區(qū)域移動(dòng)。然而,當(dāng)溫度比較低的時(shí)候存在一個(gè)一階相變,此時(shí)和高溫時(shí)的情況完全相反,不管矢量耦合常數(shù)多大——當(dāng)然應(yīng)該在合理范圍——相變線都會(huì)朝回彎曲到更低的化學(xué)勢(shì)區(qū)域。根據(jù)我們泛函重整化群方程方法的結(jié)果可知,低溫區(qū)域的一階相變線是由漲落導(dǎo)致的,而不是像平均場(chǎng)近似計(jì)算中那樣由夸克密度導(dǎo)致的,并且ω介子場(chǎng)的存在對(duì)極低溫時(shí)的一階相變線的影響可以忽略不計(jì)。當(dāng)溫度比較低的時(shí)候,對(duì)于比較小的手征序參量σσ來說,有效勢(shì)對(duì)紅外截?cái)鄤?dòng)量非常的敏感,所以紅外截?cái)鄬?duì)于我們確定相邊界的位置就有很大的影響。連接二階相變線和一階相變線的點(diǎn)稱作三相臨界截點(diǎn)(tricriticalpoint),我們也研究了此點(diǎn)的行為。在泛函重整化群方程方法的結(jié)果中,該點(diǎn)的臨界化學(xué)勢(shì)對(duì)ω場(chǎng)的矢量耦合常數(shù)及其敏感,但是臨界溫度保留在一個(gè)相似的值,影響很小。另一方面,我們首次研究了整體旋轉(zhuǎn)下同位旋物質(zhì)中的介子超流。我們基于兩味的NJL有效模型,并且引入一個(gè)整體的旋轉(zhuǎn),以此證明了旋轉(zhuǎn)對(duì)同位旋物質(zhì)相結(jié)構(gòu)的兩個(gè)非常重要的效應(yīng):旋轉(zhuǎn)對(duì)標(biāo)量道對(duì)凝聚的壓低效應(yīng)(尤其是對(duì)π介子超流區(qū)域);旋轉(zhuǎn)對(duì)矢量道對(duì)凝聚的增強(qiáng)效應(yīng)(在ρ介子超流區(qū)域)。對(duì)于溫度-同位旋化學(xué)勢(shì)T-μI平面的π介子超流相變相圖來說,當(dāng)旋轉(zhuǎn)存在的時(shí)候,在高同位旋化學(xué)勢(shì)區(qū)出現(xiàn)了一個(gè)一階相變線,并且出現(xiàn)了一個(gè)新的的三相臨界截點(diǎn)。并且我們首次得出了旋轉(zhuǎn)下同位旋物質(zhì)中的介子超流在ω-μI平面的相圖,該相圖在該平面包含了三個(gè)獨(dú)特的相,分別對(duì)應(yīng)于σ、π和ρ主導(dǎo)的區(qū)域:高同位旋化學(xué)勢(shì)和低速旋轉(zhuǎn)區(qū)域有一個(gè)π超流相;和高同位旋化學(xué)勢(shì)和高速旋轉(zhuǎn)區(qū)域有一個(gè)ρ超流相。一個(gè)二階相變線分割了 σ主導(dǎo)的區(qū)域和π主導(dǎo)的區(qū)域,一個(gè)一階相變線分割了 π主導(dǎo)的區(qū)域和ρ主導(dǎo)的區(qū)域,其中一個(gè)全新的三相臨界截點(diǎn)(tri-critical point,TCP)連接它們。
【圖文】：

邐０．６５逡逑ＣＯ邋（ＧｅＶ）逡逑圖１．３：溫度－旋轉(zhuǎn)ＣＴ邋－邋ｗ）平面的手征相變相圖。摘自文獻(xiàn)［９０］逡逑中驗(yàn)證這些發(fā)現(xiàn)。逡逑另一個(gè)有趣的情況是有限同位旋密度下的量子色動(dòng)力學(xué)物質(zhì)，在此系統(tǒng)中上夸克逡逑和下夸克密度不平衡（或者說不相等）。當(dāng)同位旋化學(xué)勢(shì)等于介子質(zhì)量的時(shí)候（＆邋＝逡逑會(huì)出現(xiàn)７Ｔ凝聚，這種現(xiàn)象稱作７Ｔ介子超流，相應(yīng)的這里有一個(gè)二階相變（如逡逑圖１．４所示）。圖１．４顯示了溫度－同位旋化學(xué)勢(shì)（ｒ邋－化）平面的ｔｔ介子超流相變的逡逑相圖。逡逑因此，出于若干原因研究這幾種相變現(xiàn)象是特別令人感興趣的。首先，它涉及逡逑在極端條件下研宄ＱＣＤ并開發(fā)其他熱（溫度）場(chǎng)理論。其次，許多科學(xué)家認(rèn)為，在逡逑中子星的核心處，由于核物質(zhì)密度如此之高以至于出現(xiàn)重疊的狀態(tài)，所以系統(tǒng)此時(shí)逡逑應(yīng)當(dāng)處于夸克膠子等離子體態(tài)［２］。因?yàn)樵谥凶有莾?nèi)部，溫度非常小但密度或者說重逡逑子化學(xué)勢(shì)非常大，因此此處真正的自由度應(yīng)該是夸克和膠子。中子星在天文觀測(cè)上逡逑越來越強(qiáng)的約束可以對(duì)夸克物質(zhì)的狀態(tài)方程進(jìn)行測(cè)試。而且

＾邋（；Ａ邐９２｛ｆｊ）邋４ｔｔ邋／邋ＡｌｎＬ＼逡逑ａＭ邋＝邋＾ｒ邋＝邋Ｍ｛邋￣Ｗ＾）邐（）逡逑其中Ｌ邋＝邋Ｉｎ邐Ａ0ｃＤ？邋２００邋ＭｅＶ是ＱＣＤ紫外動(dòng)量截?cái)�。ＱＣＤ跑�?dòng)耦合常數(shù)的行逡逑為展示在圖２．＾中。在高能量的時(shí)候——也意味著小距離的時(shí)候——夸克與夸克之間逡逑的相互作用非常小，，也因此微擾理論可以在此時(shí)得以適用。然而在低能量的時(shí)候一－逡逑８逡逑
【學(xué)位授予單位】：華中師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：O572.243

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本文編號(hào)：2602134