強(qiáng)子相和夸克物質(zhì)相之間的平滑過(guò)渡課件

1、從強(qiáng)子物質(zhì)到夸克物質(zhì)的平滑過(guò)渡和sQGP的結(jié)構(gòu)許明梅，喻梅凌，劉連壽華中師范大學(xué)粒子所第十屆全國(guó)粒子物理學(xué)術(shù)會(huì)議2008-04-27 南京 報(bào)告人：許明梅背景介紹QCD 的平滑過(guò)渡sQGP 的結(jié)構(gòu)（其中包括一部分剛完成的后續(xù)工作） 討論與展望 發(fā)表在 PRL 100, 092301 (2008)1背景介紹(1) 實(shí)驗(yàn)方面，RHIC 實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了強(qiáng)耦合的夸克膠子等離子體 (sQGP) ；(i) 觀察到了夸克自由度；(ii) 所發(fā)現(xiàn)的夸克物質(zhì)處于粘滯性極低的流體態(tài)。sQGP 的微觀結(jié)構(gòu)？1974年，李政道等人預(yù)言：高能重離子碰撞能改變真空的性質(zhì)， 生成QGP。推動(dòng)了相對(duì)論重離子碰撞的理論和實(shí)驗(yàn)研究。

2、這些結(jié)論是根據(jù)所觀察到的物質(zhì)的整體行為，特別是橫向方位角分布得出的2(2) 理論方面：格點(diǎn) QCD 預(yù)言：RHIC 能區(qū)，位于平滑過(guò)渡區(qū)(cross over)；平衡過(guò)渡得到的夸克物質(zhì)，在 強(qiáng)耦合。(b)重子化學(xué)勢(shì)為零時(shí)，相互作用強(qiáng)度 隨溫度的變化。(a) 格點(diǎn) QCD 關(guān)于強(qiáng)相互作用物質(zhì)的相圖。高溫下發(fā)生平滑過(guò)渡，這已經(jīng)被格點(diǎn)QCD計(jì)算可靠地得到了。平滑過(guò)渡的微觀機(jī)制是什么？平滑過(guò)渡與相變的區(qū)別在哪里？仍然是待考慮的問(wèn)題。3流行的描述碰撞演化的唯象模型輸運(yùn)模型描述平滑過(guò)渡遇到困難困難：違背色禁閉。(a) AMPT 模型中部分子和強(qiáng)子占各自多重?cái)?shù)的比例的時(shí)間演化圖。(3) 唯象方面：例1：多相

3、輸運(yùn)模型AMPT少量部分子在物理真空中運(yùn)動(dòng)違反QCD的色禁閉例2：夸克分子動(dòng)力學(xué)模型qMD目前描述平滑過(guò)渡的模型違背了色禁閉這一原則性問(wèn)題，因而不能成立。這類模型都是基于電磁等離子體平滑過(guò)渡機(jī)制的延伸。4電磁等離子體中性原子氣體然而，這一圖象不能延用到QCD，因?yàn)镼CD有不同的真空。平滑過(guò)渡的物理圖象？QCD有一條規(guī)則: 孤立的帶色荷的個(gè)體在物理真空中有無(wú)窮大能量。原子逐個(gè)離子化Physical vacuum如果這是強(qiáng)子物質(zhì)hadrons平滑過(guò)渡到電磁等離子體Physical vacuum強(qiáng)子逐個(gè)解散成夸克+這一轉(zhuǎn)變過(guò)程是逐漸進(jìn)行的，兩相混合，沒(méi)有分界面。5描述QCD的平滑過(guò)渡的困難QCD 有

4、不同的真空態(tài) 微擾真空 & 物理真空。 如何實(shí)現(xiàn)兩種真空之間的轉(zhuǎn)變？就這一問(wèn)題，我們注意到了另外一種模型 滲濾 (percolation)，它是一個(gè)幾何模型而不是動(dòng)力學(xué)模型。6鍵 幾何的 滲濾模型H. Satz, Nucl. Phys. A642 (1998) 130兩相鄰強(qiáng)子間成鍵的概率為 p當(dāng)一個(gè) 無(wú)窮大團(tuán)（橫跨左右邊界或上下邊界的團(tuán)）形成時(shí)，稱系統(tǒng)轉(zhuǎn)變到新相，系統(tǒng)成為色導(dǎo)體。用鍵連接的強(qiáng)子形成團(tuán)。通過(guò)這種方式，從一個(gè)相到另一個(gè)相的平滑過(guò)渡就實(shí)現(xiàn)了。不違背QCD的色禁閉。動(dòng)力學(xué)模型G.Baym, Physica 96A (1979) 131 鍵的動(dòng)力學(xué)？ 如何定義成鍵概率 p ?借用低能核

5、物理中的Quark Delocalization and Color Screening Model中夸克公有化的概念。7夸克的公有化運(yùn)動(dòng)形成鍵 兩強(qiáng)子距離較遠(yuǎn)時(shí)，夸克間是禁閉勢(shì)，夸克被禁閉在單個(gè)強(qiáng)子內(nèi)部； 當(dāng)強(qiáng)子距離靠近時(shí)，兩相鄰強(qiáng)子間形成勢(shì)壘，夸克可以隧穿勢(shì)壘，做公有化運(yùn)動(dòng)，左邊軌道的夸克有的概率跑到右邊軌道； 當(dāng)=1 時(shí)，成鍵，兩強(qiáng)子結(jié)合成一個(gè)團(tuán)。鍵 夸克對(duì)勢(shì)壘的隧穿8(1) 我們首次提出了分子型的強(qiáng)子聚集的假定氣體型分子型 是實(shí)現(xiàn)一級(jí)相變的圖象形成理想氣體， 違反了從實(shí)驗(yàn)和格點(diǎn)QCD得到的強(qiáng)耦合QGP的結(jié)論； 成為引起平滑過(guò)渡和色禁閉相矛盾的根源。作為平滑過(guò)渡的圖象形成強(qiáng)耦合的液態(tài)的Q

6、GP 不違反色禁閉； 所得到的QGP是強(qiáng)耦合的流體。9平滑過(guò)渡之前所有的強(qiáng)子都連接成一個(gè)大團(tuán)，gQGP平滑過(guò)渡結(jié)束Tc平滑過(guò)渡開(kāi)始開(kāi)始形成無(wú)窮大團(tuán)Tc葡萄狀夸克物質(zhì) gQGP 是強(qiáng)耦合夸克物質(zhì) sQGP 的一種形態(tài)。葡萄狀夸克物質(zhì)Grape-shape QGP (gQGP) 10(2) 簡(jiǎn)單模型具有動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)的滲濾模型(i) 鍵的動(dòng)力學(xué) 勢(shì)壘間的隧穿當(dāng)夸克 i,j 屬于同一個(gè)元胞當(dāng)夸克 i,j 屬于兩個(gè)相鄰的元胞(a)絕熱近似：S 兩個(gè)核子間的距離；(b)是模型參數(shù)；(c)變分法：是表征夸克公有化程度的變分參數(shù)，由系統(tǒng)能量變分取極小決定；給定的S0當(dāng)兩核子間的距離 S S0 時(shí)，夸克完全公有化

7、。11(ii) 用 S0 來(lái)做滲濾模型 每個(gè)元胞在離它S0的距離范圍內(nèi)任意找3個(gè)元胞與之成鍵，鍵把元胞連接成團(tuán)。定義： ，表示無(wú)窮大團(tuán)出現(xiàn)的概率。Crossover startsCrossover ends12Sharply tends to infinity根據(jù) Sc Sc 決定c ,csQGP turns to wQGPCrossover region根據(jù)量綱分析，假設(shè),13sQGP的結(jié)構(gòu)(a)平滑過(guò)渡之前； (b)平滑過(guò)渡開(kāi)始； (c)平滑過(guò)渡結(jié)束， gQGP開(kāi)始出現(xiàn)。 整個(gè)系統(tǒng)成為gQGP平滑過(guò)渡形成的 sQGP 有葡萄狀結(jié)構(gòu) gQGP。14徑向分布函數(shù)：表示找到兩粒子相距為 r 的概

8、率。當(dāng)粒子間沒(méi)有關(guān)聯(lián)的時(shí)候，g(r)=1。gQGP 的液體性質(zhì) 用徑向分布函數(shù)研究15由于有化學(xué)距離D:Dr定義新的徑向分布函數(shù)：是考慮到邊界效應(yīng)引入的修正因子。16Start of crossoverEnd of crossoverMiddle stage 第一個(gè)高峰反應(yīng)的是同一個(gè)元胞中夸克間的關(guān)聯(lián)； 當(dāng)溫度遠(yuǎn)小于平滑過(guò)渡溫度時(shí)，除了第一個(gè)峰之外，沒(méi)有看到峰； 靠近平滑過(guò)渡的時(shí)候，出現(xiàn)了一個(gè)鼓包，這個(gè)鼓包在Tc時(shí)發(fā)展成為峰，反映平滑過(guò)渡開(kāi)始時(shí)，就出現(xiàn)了短程序； 平滑過(guò)渡過(guò)程中，出現(xiàn)了越來(lái)越多的小峰， 而且關(guān)聯(lián)距離越來(lái)越遠(yuǎn)，表現(xiàn)出降低的粘滯性。T=0.475TcT=0.67TcT=0.80Tc

9、T=0.93TcT=TcT=1.21TcT=1.31TcT=1.39TcBefore crossover17討論與展望為了使從強(qiáng)子物質(zhì)到夸克物質(zhì)的平滑過(guò)渡與色禁閉相容，強(qiáng)子應(yīng)該以分子型聚集?；谶@一假定，構(gòu)建了一個(gè)簡(jiǎn)單模型，這一模型能描述強(qiáng)子物質(zhì)向sQGP的平滑過(guò)渡，及sQGP向wQGP的轉(zhuǎn)變。 并得到了平滑過(guò)渡結(jié)束與平滑過(guò)渡開(kāi)始的溫度比值，及sQGP向wQGP轉(zhuǎn)變的溫度與平滑過(guò)渡開(kāi)始的溫度比值。模型提供了清楚的sQGP的結(jié)構(gòu)圖象(葡萄狀gQGP)，以及平滑過(guò)渡過(guò)程中結(jié)構(gòu)的演化。根據(jù)此模型計(jì)算了sQGP(gQGP)的徑向分布函數(shù)g(r)，及平滑過(guò)渡過(guò)程中g(shù)(r)的演化，揭示出gQGP的液態(tài)行為。小結(jié)：18展望：我們討論了從低溫到高溫的平滑過(guò)渡。 有必要給出一個(gè)統(tǒng)一的動(dòng)力學(xué)模型，既能描述一級(jí)相變， 又能描述平滑過(guò)渡，并能把臨界點(diǎn)的性質(zhì)描繪出來(lái)？T 增大wQGPHG成團(tuán)平滑過(guò)渡開(kāi)始平滑過(guò)渡結(jié)束平滑過(guò)渡的過(guò)程sQGPT 降低平滑過(guò)渡的過(guò)程TsQGPwQGP反過(guò)來(lái)，從高溫到低溫的平滑過(guò)渡，需要用溫度場(chǎng)論研究。 我們正在繼續(xù)努力！19謝 謝