有限体积奇异夸克物质及夸克-强子相变的研究

奇异物质性质和夸克-强子相变是现代核物理与天体物理宇宙学领域的前沿课题，不仅对于重离子碰撞实验（如ALICE）和致密天体物理具有十分重要的价值，而且对于理解强相互作用的本质，寻找超出标准模型的新物理都具有十分重要的意义。本项目拟对有限温度和密度下物质的新形态、特别是各种情况下的物质状态方程进行深入研究。我们拟研究不同情况下体积效应对strangelet性质的作用，完善有限体积下的夸克准粒子模型，研究QCD相结构和奇异物质在致密星中形成的可能性及其对中子星结构的影响，推动非微扰QCD和相关领域的研究。特别地，对于RHIC新发现的强耦合 (strongly coupled)夸克胶子等离子体(sQGP)的结构和性质，以及新揭示的强子-夸克相变区域的复杂性和与QCD真空性质的密切联系，也构成本申请项目的重要研究内容。

本项目将夸克准粒子模型推广到有限体积奇异夸克物质（SQM）的研究中，自洽的热力学处理方案要求有效袋常数是化学势和半径的函数。我们给出了奇异子表面张力新的计算公式，并讨论了不同耦合常数下有效袋函数对奇异子稳定性的贡献。当耦合常数小于某一临界值时，有限体积表面项会增强奇异子的稳定性；反之会降低其稳定性，或者说出现了不稳定相。这些讨论有助于分析RHIC实验新发现的强耦合夸克胶子等离子体性质。由于强磁场下奇异夸克物质表现出很多新奇的性质，我们应用该模型研究了磁化奇异夸克物质（MSQM）的状态方程。在考虑磁场能的贡献后，我们发现强度在10^{17}高斯附近的强磁场下MSQM比SQM物质更稳定。同时我们首次推广夸克准粒子模型研究了色超导物质（CFL）及其在强磁场下的形态（MCFL），我们发现在同样的模型参数和一定范围的强磁场下，MCFL物质比其他物质更稳定。我们讨论了MCFL物质的各向异性结构，其主要由磁场强度的大小决定，而几乎与夸克配对能隙无关。最后，利用夸克准粒子模型和相对论平均场理论我们计算了夸克-强子混杂星的质量半经关系，发现夸克状态方程对混杂星质量半径关系（M-R）的影响较大，于是给出了耦合常数和袋常数平面内的混杂星最大质量分布图，这结果有利于定性地比较中子星实验观测数据，在项目执行期间我们也参与利用多源热模型研究高能核核碰撞中带电强子横动量分布的工作。