量子色動力學凝聚態(tài)物理.ppt

量子色動力學的凝聚態(tài)物理,王 群 中國科技大學/近代物理系 2007.4,量子色動力學,核力(強作用力)是自然界四種基本力之一 夸克和膠子構成核子，強作用力的基本粒子 量子色動力學: 強作用的基本理論 基本特征: 夸克禁閉 (沒有自由的夸克和膠子),(04諾貝爾物理獎),克雷研究所：新千年七大數學物理難題之一(1,000,000),禁閉問題的解決，將使我們對核力的認識與控制能力有質的飛躍,兩種哲學,還原 vs 浮現 (Reduction vs Emergence) 還原： 浮現 (More Is Different P.W. Anderson)波粒二相性：粒子的起源波的起源，多粒子體系自組織產生準粒子或元激發(fā),還原主義和浮現主義的QCD,還原主義的QCD：夸克和膠子作為點粒子 浮現主義的QCD：QCD的凝聚態(tài)，夸克和膠子作為準粒子或集體激發(fā)，其動力學與真空中的不同,還原主義和浮現主義的弦論,還原主義的弦論：所有基本粒子都是弦的激發(fā) 浮現主義的弦論：各種波動場(光子，狄拉克費米子，引力子)都是弦網凝聚態(tài)的激發(fā) (X.-G. Wen, ),禁閉的解除-夸克物質新物態(tài), 壓縮和加熱核物質可以使夸克解除禁閉 (李政道,1974; Collins & Perry, 1975), 宇宙中存在夸克物質狀態(tài) 致密星體的內部存在夸克物質 大爆炸的最初幾秒鐘,高密夸克物質,高溫夸克物質,重核碰撞:高溫夸克物質,核變成非常扁的圓盤 Lorentz收縮因子g=100,兩核相互穿越 穿越時間 1 fm/c,劇烈橫向膨脹 產生高溫,最后階段: 較大體積內冷凝,Au+Au 對心碰撞 40x1012 eV 6 micro-Joule 人類聽力靈敏度 10-11 erg = 10-18 Joule 高溫：萬億度( )，可以把核子溶化,Recorded Small Bang (RHIC-STAR),End view of a collision of two 30-billion electron-volt gold beams in the STAR detector at the Relativistic Heavy Ion Collider at Brookhaven National Laboratory, The beams travel in opposite directions at nearly the speed of light before colliding. (Courtesy: Brookhaven National Laboratory),致密星中的低溫夸克物質,取自 F. Weber, astro-ph/007155,解禁閉相變路線圖,低溫夸克物質的基態(tài): 色超導態(tài),色超導態(tài)：夸克之間的兩兩配對的狀態(tài) 早期歷史：Barrois(77), Bailin & Love(84) 研究熱潮：MIT組(98), Stony Brook組(98)，色味耦合態(tài),色超導態(tài)的相結構非常豐富, 夸克有兩個新自由度：顏色和味道,超導態(tài)的基本性質,水銀的超導電性,溫度(K),I 類,II 類,磁渦旋,電阻,兩個基本長度或能標: 穿透長度: 相干長度:,無耗散性,邁斯納效應,能隙-色超導能標之一,無耗散性: 小擾動不足以激發(fā)準粒子,得到了超導態(tài)的重要尺度或能標-邁斯納效應的穿透長度 使用了一種新方法計算了膠子和光子的混合模式( 類似于弱電統(tǒng)一理論中的光子-W/Z混合) 新光子在顏色-自旋耦合相中有質量有電磁Meissner效應，(與以往的結論是不同的) 自旋為1的色超導體是第一類超導體,邁斯納質量-色超導能標之二,S=0 配對,2-flavor SC (2SC) Bailin, Love (1984),Color-flavor-locking (CFL) Alford, Rajagopal, Wilczek (1984),S=1 配對,Polar phase Schafer (2000),Color-spin-locking (CSL) Bailin, Love (1984) Schafer (2000),Pair breaking?,不對稱配對,rare case,real case,in cold dense quark matter,摘自黃梅的報告,化學平衡和電中性色中性條件,摘自黃梅的報告,弱耦合近似下的能隙,Son (1999); Pisarski, Rischke (2000); Brown, Liu, Ren (2000); Rischke, Wang (2002),Depending on phases,Characteristic of CSC,能隙(結果),Two-gap structure breaks BCS-ratio Exponential suppression factor in CSL from angular integral,(Zero temperature) (transition temperature),Schmitt, Wang, Rischke, PRD(2003),Mixing of gluon and photon in CSC New electric charge and 8th color charge New photon and gluon New coupling constant,光子與膠子的邁斯納質量,與弱電模型比較,計算方法,Nambu-Gorkov basis: Calculate polarization tensor,diagonalization,Rotated photon can penetrate into 2SC and CFL: no EM Meissner effect Rotated photon in CSL phases has a non-vanishing mass: EM Meissner effect Since , in weak couplings, spin-1 color-superconductor (CSL or polar phase) a type-I superconductor,邁斯納質量：結果總結,Schmitt, QW, Rischke, PRL(2003),色超導與電超導的比較,強耦合與弱耦合色超導,強耦合(BEC)情形,弱耦合(BCS)情形,BEC和BCS配對的差別,fermionic,模型計算結果,能隙和有效化學勢,費米子和玻色子數密度,x是BEC-BCS轉換參數 x0, BEC區(qū)域,Deng, Schmitt, Wang, nucl-th/0611097,模型計算結果,費米與玻色量子液體,Atomic systems Atomic BEC (1995): Weakly interacting bose gas Fermionic atom gas,Condensed matter system Superconductor (1911) 4He (1937), 3He (1971) High-Tc superconductor (1987),1021cm-3,1012cm-3,1nK,100K,Density,Temp.,To bridge different regimes Weak interaction to strong interaction Bosons to Fermions and vice versa,實驗裝置,Efficient loading into the optical trap: 107 thermal atoms,Time Evolution,Absorption images,新思想:規(guī)范場/弦對應,RHIC結果表明QGP是強耦合理想流體，sQGP。 sQG