非对称核物质状态方程和相关的重要理论问题研究

The nuclear equation of state (EOS) of asymmetric matter plays a crucial role in understanding properties of nuclei far off beta stability, reaction dynamics and many astrophysical issues. The determination of one most important constituent of such an EOS, the symmetry energy and its density dependence, has become one of hot frontier issue of nuclear physics. At high densities, totally different density dependencies of the symmetry energy can be obtained from various theoretical approaches, whereas the tensor force has been regarded to play an important role in the diversity of the symmetry energy. Therefore, based on the density-dependent relativistic mean-field models, the Fock term will be included to deal with the effects of the tensor force. With comparison to the exchange Fock term, a general concept of the exchange should apply to the introduction of new degrees of freedom, especially the quark degree of freedom. It is significant to explore the influence of the possible interactions among quarks on the symmetry energy.　On the other hand, dark matter attracts more and more attention nowadays. In this project, the role of dark matter in neutron stars will be explored. We expect that the dark matter-nucleon cross sections and accretion rates of dark matter onto neutron stars can be significantly constrained with the help of the data of the neutron star radius-mass relation from observations, combined with the constraints on nuclear EOS of asymmetric matter. This may possibly provide references to the terrestrial experiments designed to probe dark matter. At last, we will work on the effects of the symmetry energy on structural properties of neutron-rich and proton-rich nuclei and attempt to seek for observables sensitive to the symmetry energy.

非对称核物质状态方程对于远离beta稳定线核素性质、核反应与核天体物理起着决定性作用，而其中的非对称物质的对称能是最近十多年来国际核物理界的研究热点之一。在高密度区，不同的模型方法可给出完全不同的对称能密度依赖关系（DDSE）；目前认为张量力贡献是重要的。因此，将在过去的密度依赖的相对论平均场方法的基础上包括交换项，从而研究其中的张量力效应。相比于交换项，广义的交换作用需要考虑新自由度的贡献，特别是夸克自由度的贡献。考虑夸克间可能的相互作用对对称能的贡献，是很有意义的。此外，鉴于暗物质日益受关注，我们将研究暗物质对中子星性质的影响。期望结合非对称核物质状态方程的限制通过中子星质量半径关系的观测数据限制核子与暗物质的反应截面以及中子星对暗物质的吸积率。这可为地球实验室的探测提供一些参考。最后，将研究对称能对丰中子、丰质子核结构性质的影响，并试图寻找敏感于对称能的物理量。

本项目主要研究非对称核物质状态方程，研究内容包括相对论Hartree-Fock方法的张量力性质，夸克和暗物质等非核子自由度对核状态方程的影响，以及敏感于非对称核物质状态方程的信号及其对有限核系统的影响。研究发现相对论Hartree-Fock方法的张量力没有能引起核子分布的高动量尾巴，这一点与预期有所不同，目前还在研究可能产生高动量尾巴的二阶关联。研究了夸克相变对非对称核物质状态的影响，发现相变使得对称核状态方程很明显的变软，同时对称能随着夸克自由度的出现而减小。考虑包含夸克相互作用和U波色子等方案，可以很好的硬化变软的核态方程。 构建了核子层次上研究核态方程的南部（NJL）模型，在平均场近似下，发现手征对称性给核状态方程带来了新形式的约束：不同于以往的模型，NJL模型的对称能在低密和高密处可以同时变软。使用400MeV的动量截断参数，NJL模型可以得到与实验符合很好的中子星半径和质量数据。. 推导得到了含暗物质中子星的二流体方程，研究了质量为京电子伏特的费米子型暗物质对中子星性质的影响。发现无相互作用的暗物质使得中子星的最大质量变小，有相互作用的暗物质可以增大中子星的最大质量，如果中子星含有足够相互作用的暗物质，可以非常明显的影响从中子星中提取的核状态方程性质。. 有限核系统，主要研究反K介子核。除了反K介子核核心密度明显增大外，我们发现不同于正常核其赝自旋对称性破坏了，从而存在不同的幻数序列。特别是轻反K介子核1p1/2轨道的核子呈弥散晕分布，敏感于高密的核状态方程，这为精确限制高密核态方程提高了一个新方案。.本项目还开展了其它相关研究。项目研究发表了15篇论文，包括Phys. Rev. Lett.1篇，Phys. Lett. B 2篇，Phys. Rev. C 2篇，Euro. Phys. J. A 3 篇。