手征相变、退禁闭相变及QCD临界终点

The chiral and deconfinement phase transitions at finite temperature and density are of great interests for studying the QCD phase structure. No effective model exists yet, which can describe the chiral restoration and deconfinement phase transition simultaneously. In the framework of 4D effective dynamical models, the chiral symmetry breaking and restoration has been described very well by some dynamical models, such as the Nambu- - Jona-Lasinio (NJL) model. In spite of that, a 4D dynamical model which can accommodate the deconfinement phase transition very well is still missing. To contrast, in the framework of 5D holographic QCD model, some models can describe deconfinement phase transition successfully. Nevertheless, no holographic model can accommodate the chiral phase transition nicely. In our research proporsal, we aim at developing two models: a 4D QCD dynamical model and a 5D holographic QCD model, respectively. These two models are supposed to describe both the chiral and deconfinement phase transitions self-consistently. In the framweork of these two models, we plan to investigate the QCD phase structure and QCD critical end point (CEP). In addition, based on the latest progress on lightest scalar mesons in hadron physics, we plan to explore how the chiral phase transition and QCD CEP as well as the QCD phase diagram can respond to the change of the coupling among the scalar tetraquark state, the scalar glueball state and the scalar quark-antiquark state. Especially, we will investigate the properties of exotic hadrons at finite baryon density.

手征相变和退禁闭相变一直是QCD相结构的核心课题，目前还没有很好的能同时描述手征相变和退禁闭相变的有效模型。QCD有效动力学模型里虽然有比较好的描述手征对称性破缺和恢复的模型，如南部模型，但是还没有比较好的描述禁闭和退禁闭相变的动力学模型。而 5维全息QCD模型中虽然有比较好的描述禁闭和退禁闭相变的模型，但是还没有比较好的描述手征相变的全息模型。本项目将充分借鉴这两类模型的优点，分别建立能同时描述手征相变和退禁闭相变的QCD动力学模型以及5维全息QCD模型，并研究有限温度密度下的QCD相结构以及探寻QCD临界终点。另外，本项目还将结合强子物理对轻标量介子的最新研究进展,考察标量四夸克态、标量胶球与传统的标量夸克-反夸克态的耦合对手征对称性自发破缺和恢复、QCD相结构及QCD临界终点的影响，并将研究有限重子数密度下奇特强子态的产生及其媒介性质。

本项目主要发展非微扰方法研究QCD真空和热密夸克物质的性质，我们在以下四个方面做了探索性的研究工作：1）建立了体现重整化群的思想引力子-膨胀子-标量场耦合的动力学全息QCD模型，其中膨胀子背景场和标量场分别对应胶子动力学和手征动力学，可以同时描述手征对称性自发破缺和恢复以及线性禁闭和退禁闭相变，得到的胶球谱和轻介子谱与实验和格点结果一致，另外，得到与格点结果一致的状态方程，以及温度相关的切变粘滞系数、体粘滞系数、电导率、喷注淬火参数等一系列输运系数的性质，尤其是所有这些输运性质在相变附近都能体现相变的特征。2）探讨了线性禁闭的胶子动力学起源。我们研究了纯胶子系统，发现真空中维数为2的胶子凝聚为胶子提供一个动力学质量，并且会产生夸克间的线性势。我们考察了一个包含维数为2的胶子凝聚的动力学模型在有限温度的行为，这个模型能描写色电退禁闭相变，并且能描写色磁胶子禁闭的性质。3）我们研究了标量四夸克态与传统的标量夸克-反夸克态耦合对手征相变的影响。目前研究QCD相结构中的手征相变大多基于手征模型，手征对称性自发破缺主要由标量夸克-反夸克凝聚来实现。近几年来轻强子谱领域在标量介子的研究倾向于认为最轻的标量介子为四夸克态，而非传统的标量夸克-反夸克态，并且标量四夸克态、标量胶球与传统的标量夸克-反夸克态有较强的耦合，这无疑将对手征相变产生比较大的影响。我们研究了标量四夸克态与传统的标量夸克-反夸克态耦合对手征相变的影响，发现四夸克态的三次方相互作用项将导致手征相变在零密时变为一级相变。4）我们研究了强磁场对QCD真空和物质的影响。提出了分别由sphalerons跃迁导致右手和左手夸克的数目不一样和由于瞬子-反瞬子分子模型诱导的排斥的同位旋标量轴矢量道会自发引起局域的CP破坏和手征不对称性解释临界温度附近手征反磁催化效应的机制。并且研究了带电矢量介子在强磁场下凝聚的可能性以及强磁场对中子星性质的影响。