基于skyrmion晶格的核物质性质的理论研究

Because of the asymtotic freedom of strong interaction, how to understand the nuclear matter properties is a significant and difficult problem both theoretically and experimentally. Meanwhile, because of the sign problem, lattice simulation is not applicable in high density region.So that, any exploration of the nuclear matter properties, either at the model level or at the effective theory level, is valuable. The purpose of this project is to investigate the properties of nuclear matter by using the (extended) Skyrme model with crystal structure. In this framework, we can unifiedly study the properties of baryons, baryonic matter, medium modified hadron and hadron bound states properties. During the exploration, we plan to use the effective theories, relative symmetry principal, current algebra techniques and the newly developed holographic QCD to study the properties of nucleon and nuclear matter, modified hadron (light hadrons, hyperons and baryons, etc) properties in the nuclear matter. We hope the achievements of this project can deep our understanding of some fundamental and essential problems in particle and nuclear physics, such as the mechanism of chiral symmetry breaking and restoration, scale symmetry restoration, origin of baryon mass, properties of nuclear force and the equations of state related the neutron stars, and so on.

由于强相互作用中渐近自由的存在，对核物质性质的研究无论从理论上还是实验上来说都是具有重要意义而又十分困难的事情。同时，由于符号问题的存在，在高密度区域格点计算并不适用。因此，对核物质性质的理论研究，不论从模型层次上还是有效理论层次上均有重要意义。本项目计划利用（推广的）Skyrme模型并结合晶格技术就核物质的性质开展研究工作。在这一框架内，我们可以统一的研究重子、重子物质、物质中强子性质的改变以及强子束缚态性质的改变等。在研究过程中我们将基于强相互作用的有效理论、相关的对称性原理、流代数以及新近发展全息QCD技术等来系统的研究核子和核子物质的性质、核物质中强子（包含轻强子、超子、重介子等）性质的改变等开展研究。本项目的研究可以加深我们对手征对称性破缺与恢复、标度对称性恢复、重子质量的起源、核力性质、超子的性质以及与中子星相关的物态方程等粒子物理与核物理中基本而又重要问题的理解。

由于QCD的非微扰性质，我们很难从基本的QCD来解析的研究核物质的性质。另外，由于著名的符号问题，格点QCD在处理高密度核物质中也是失效的。基于这一考虑，我们在本项目中利用skyrmion晶格技术和有效理论开展核物质的研究工作。具体说来，我们分析了轻标量介子的四夸克分量和两夸克分量对skyrmion和skyrmion物质的影响，研究了重强子的宇称对偶结构及其在skyrmion物质中性质的改变，指明了高密度下强子宇称对偶结构的恢复，利用skyrmion晶格模型模拟了重子物质的性质，研究了手征密度波、外磁场以及手征孤子格点对核物质的影响、强子共振态对核物质对称能的影响，构造了含有轻标量介子的手征-标度有效理论，提出了致密核物质的赝共形模型并预言了中子星的性质。我们的研究指明了高密度下强子宇称对偶结构的存在性，拓扑相变对核子张量力的影响并指明了高密度下核物质中存在强子相到夸克/胶子自由度的跃迁。我们构造的致密核物质的赝共形模型基于大颜色QCD的拓扑性质，核物质中标度及局域味道对称性的恢复，经受住了当前大质量中子星的限制以及引力波观测中双中子星融合事件的限制，因此这一模型间接指明了致密核物质中对称性的恢复。这对我们理解低能QCD对称性的破缺机制有重要的意义。