超出平均场研究电磁场中的手征相结构

Chiral symmetry is one of the most import symmetries of Quantum Chromodynamics. It is well known that chiral symmetry is spontaneously broken in vacuum and will be restored at finite temperature and density. However, how the electromagnetic field changes the chiral symmetry restoration is an interesting and as of yet unsolved question in theoretical and experimental studies. We plan to investigate the chiral phase structure under external electromagnetic fields. The quantum fluctuations are considered by loop expansion method and functional renormalization group method. We focus on the three issues: 1) appropriate beyond-mean-field techniques, respecting the symmetry of the system. 2) The electromagnetic field effects on the chiral phase structure. 3) The signals in relativistic heavy-ion collisions and compact stars.

手征对称性是量子色动力学最重要的对称性之一。它在真空中的自发破缺和在有限温度密度时的恢复已经广为人知。但是，在强电磁场中手征性质如何改变是一个没有解决的问题，也是当前高能核物理理论和实验研究的焦点问题之一。本项目研究夸克系统在电磁场中的手征相结构。采用的方法是利用圈图求和以及泛函重整化群的流方程来包含量子涨落的超出平均场方法。主要内容包括 ：1）保证对称性质的超出平均场方法，2）电磁场对手征相结构的影响，3）在相对论重离子碰撞和致密星体中电磁场效应的敏感信号。

电磁场中的QCD相结构是中高能核物理的焦点问题。本项目在NJL模型框架下采用圈图求和方法，超出平均场地研究了有限温度、有限密度和强磁场条件下手征对称性的破缺与恢复、囚禁解除相变和同位旋密度效应引起的超流现象。主要的研究成果包括：（1）证实了量子涨落(介子激发)对解释手征恢复相变和囚禁解除相变的磁反催化现象起关键作用；指出了夸克的反常磁矩(辐射修正)对相变的反催化作用，使实现磁反催化成为可能。（2）建立了在介子层次超出平均场研究手征恢复的模型，保证了Goldstone定理；发展了磁场中带电强子的一般解析计算方法，克服了空间平移不变性破坏带来的理论困难；观察到π介子的质量在磁场中发生跳变，指出这可能引起重离子碰撞实验中介子产额的突变。（3）提供了研究有限密度和有限磁场情形的强相互作用相结构的新思路:基于Goldstone定理，利用零质量Goldstone粒子研究了磁场中的Pion超流相变，避免了同位旋对称性自发破缺和空间平移不变性破坏带来的理论困难。在本项目的支持下，我们一共发表了 7 篇高水平论文，多次参加国际国内会议，并作口头报告。项目主持人在2018-2019期间，两次作为EMMI访问教授，前往德国法兰克福大学理论物理研究所开展合作研究工作。