相对论核物质状态方程及致密物态性质研究

In this project, we will develop the equation of state (EOS) of nuclear matter for the use of supernova simulations. At low density, we study the method to describe the non-uniform matter in a consistent manner, where heavy nuclei are formed together with free nucleons and alpha particles, so that a proper EOS of non-uniform matter can be achieved. For the nuclear statistical equilibrium model at low density, the method to include excited states of nuclei at finite temperature will be investigated in order to improve the nuclear statistical equilibrium model. At high density, we use the proper model to describe the quark phase, and use the relativistic mean field theory to describe the hadron phase, so as to study the hadron-quark phase transition and construct the EOS for supernova simulations. This EOS can be applied to explore the effect of quark matter in supernova explosions and proton-neutron star evolutions. These studies are in the interdisciplinary field of nuclear physics, particle physics, and astrophysics, which are helpful for understanding the properties of dense matter and improving the EOS for supernova simulations.

本项目拟针对适用于超新星爆发研究的相对论核物质状态方程展开进一步的研究和改进。在低密度区，研究能够更自洽地描述原子核与核子气共存的非均匀物质相的方法，给出合理的非均匀物质状态方程。关于低密度区的原子核统计平衡模型，研究合理地在有限温度情况下考虑原子核激发态贡献的方法，改进现有的原子核统计平衡模型。在高密度区，由较好体现QCD基本精神的有效模型出发描述夸克相，采用可靠的相对论核多体方法描述强子相，研究高密度区可能出现的强子-夸克相变，并与超新星爆发的状态方程自洽结合，得到同时包含核子、超子和夸克自由度的超新星爆发状态方程，新的状态方程能够适用于探讨夸克相对超新星爆发和质子-中子星演化等过程的影响。本项目的研究内容处于核物理与粒子物理及天体物理的交叉领域，对于探索致密物态性质和超新星爆发状态方程的进一步改进等方面具有重要意义。

本项目是关于相对论核物质状态方程及致密物态性质的研究。我们针对在超新星爆发和中子星壳层结构方面至关重要的非均匀核物质相研究发展了自洽的描述方法。采用自洽Thomas-Fermi近似可以更合理地处理有效体积效应，从而合理描述超新星物质的液气共存相和中子星壳层内出现的Pasta相，进一步讨论了核物质对称能对超新星物质的液气相变和中子星Pasta相结构的影响。我们发展了自洽的Thomas-Fermi近似方法并结合减除法描述热核的性质，将热原子核与周围核子气分离，从而研究热核性质的温度依赖性，进一步发展该方法研究了有限温度下超核的性质。关于高密度区的强子-夸克混杂相，我们讨论了两相之间表面张力和库仑能的影响，比较了包含这些有效体积效应与简单采用吉布斯相平衡计算结果的区别，探讨了夸克自由度的出现对中子星性质的影响。目前本项目已顺利完成。在项目执行期间，本组成员有较好的合作和分工。本项目执行期间共发表学术论文20篇，其中属于SCI收录论文13篇。