核系统中非核子自由度与非对称核物质状态方程的研究

The nuclear equation of state (EOS) of asymmetric matter plays a determining role in the statistic and dynamically evolutional properties in various nuclear systems. The EOS of asymmetric matter includes mainly the EOS of symmetric matter and the density dependence of the symmetry energy， both of which, especially the latter, have large uncertainties in high density matter. In particular, the situation becomes more complicated with the appearance of non-nucleonic degrees of freedom. In this project, we include the non-nucleonic degrees of freedom such as hyperons, antikaon mesons, quarks and particles in the Non-Standard Model. The research will focus on the following three aspects. First, utilizing the isoscalar Λ hyperons we aim to optimize the density dependence of the symmetry energy by examining whether it can minimize the energy of multi-Λ system. Second, In matter with hadron-quark phase transition, the chemical equilibrium can usually be disabled by the hyperon constituents. To rebuild the chemical equilibrium, we thus aim to seek for the appropriate in-medium effect for the interaction between the hyperon and mesons. Third, the effect of the light non-Standard Model particles on the neutrino transport in neutron star matter is going to be studied to find the signals sensitive to the EOS of asymmetric matter.

非对称核物质状态方程(核态方程)对不同核系统的静态物理性质及其动力学演化性质起着决定性的作用。非对称核物质状态方程主要包括对称核物质状态方程和对称能的密度依赖关系。两者尤其是后者在高密物质中具有很大的不确定性，特别是当高密物质中出现非核子自由度时，情况更趋复杂。本项目将包含超子、反K介子、夸克以及非标准模型粒子等非核子自由度，主要研究下面三个问题。 第一、通过同位旋标量的Λ超子优选核模型的对称能密度依赖关系，即要验证合适的对称能密度相关性是否使多Λ超子系统能量极小。第二、发生夸克相变的核物质中，超子组份可能使化学平衡难能达到，即要发现超子与介子场作用的介质效应而守持化学平衡。第三、在中子星物质中研究轻的非标准模型粒子对中微子输运的影响,并寻找与非对称核态方程敏感的性质。

非对称核物质状态方程对不同核系统的静态性质及其动力学演化性质起着决定性的作用，其中对称能对在极端条件下核系统的作用因其不确定性尤受重视。寻找敏感的探针约束对称能并确定对称能是本项目的研究重点。本项目研究包含超子、反K介子等非核子自由度的核系统，在以下方面取得了进展与成果。第一、利用双Λ超核中确定对称能，发现它与双Λ超子作用能的极值对应，而且是波尔查变分问题的两个可移动边界的交点。第二、系统研究了反K介子核性质，发现其特异性质敏感于核态方程：在beta稳定线的轻反K核中存在敏感于不可能压缩系数的1p态晕，而远离beta稳定线的核性质敏感于对称能；并发现核饱和性质与高密性质的关联关系能用轻反K核的2s1/2-1d5/2的能级反转来表征。第三、结合双星并合的引力波数据，利用具有手征极限的密度依赖相对论平均场模型研究了中子星中超子-介子耦合的介质效应，发现包含超子能改善对从引力波数据提取的中子星形变参数的描述，而其介质效应能显著的影响超子组份与中子星的形变参数。在力学平衡条件下研究了夸克物质与超子势介质效应的关系，发现超子标量势的增大有利于完全的强子-夸克相变，但会明显压低中子星的最大质量。鉴于夸克相变与手征相变的密切关系，研究了手征NJL强子模型中手征对称恢复对核子-核子弹性散射截面的影响，发现了其对介质中的截面有明显提升作用。第四，非核子自由度的相关研究发现轻矢量玻色子对中子星物质中中微子输运的影响很小，但与高密物质零声子的发生密切相关。. 项目执行过程中，发表了8篇SCI论文，其中包含PLB、PRD、Sci.Rep. 各1篇，PRC与CPC各2篇。