有限温度有限密度非对称核物质到夸克物质的相变及其在致密天体演化中的作用

对有限温度有限密强相互作用物质性质的研究可以加深对强相互作用物质的相结构及相变的了解，有助于探讨新的物质形态QGP以及从强子物质到夸克物质的转变；与致密核天体物理的交叉研究，可以加深人们对致密星以及早期宇宙演化的认识。正在升级建设中的FAIR装置以及建造中的对撞机NICA等上的实验将对同位旋高度不对称的核物质的性质及相变进行探测,这为人们探索非对称核物质的性质及其到夸克物质的相变提供了契机，而目前有关非对称夸克物质的性质的理论研究还非常少。.为了为相关实验提供理论参考，本项目将通过改进和发展QCD的有效场论方法对非对称强相互作用物质的性质及相变进行研究，通过分析重离子碰撞中生成的物质组分分布与演化,探索实验上观测强子-夸克相变信号,并把提取出来的QCD的信息用来研究致密星体内部的相变与演化，然后结合天文观测数据对相关的理论研究进行限制。该项目的研究将积极推动相关学科的发展。

本研究拓展了Poyakov圈修正的Nambu—Jona-Lasinio（PNJL）夸克模型，并结合量子强子动力学模型，研究了重离子碰撞试验以及致密星内部发生的强子—夸克/胶子相变。（1）我们首次同时引入同位旋标量—矢量介子以及同位旋矢量—矢量介子，并考虑了高阶FOCK项的贡献，拓展了PNJL夸克模型，并对夸克物质的性质进行了研究。（2）用拓展后的PNJL夸克模型，我们构造了Hadron-PNJL两相模型，并研究了重离子碰撞中的强子—夸克相变。研究发现（a）非对称核物质发生强子—夸克相变的临界密度要远低于对称核物质发生相变的临界密度，这降低了探测相变需要的对撞机的能量。据此我们提出在重离子碰撞实验中通过探测非对称核物质到夸克物质的相变信号来研究强子—夸克相变，并为国际大型合作实验装置NICA提出了探测建议，相关的建议已经被写入NICA实验的白皮书。（b）同位旋标量—矢量相互作用道的引入，会推迟相变发生的临界密度，但是会提高相变信号的强度，而同位旋矢量-矢量相互作用道的引入则会使强子—夸克相变的混合相的存在区间变小。（3）夸克物质的同位旋标量—矢量道相互作用对于致密星中的强子—夸克相变非常重要，如果自然界存在大约2倍于太阳质量的混杂星，那么理论上就有需要引入该相互作用，并且本研究用中子星的天文观测数据对该相互作用的耦合常数进行了限制。