强相互作用核物质相转变的手征和退禁闭性质的格点量子色动力学研究

One of the central goals of the physics program of the present and the future heavy ion colliders is the exploration of the phase diagram of strongly interacting matter. The QCD transition from hadronic phase to QGP phase is not a real phase transition but a rapid cross over. Its chiral aspect has close relation to the QCD chiral phase transition while its deconfinement aspect can be reflected in the dissociation of hadrons. In this proposal we plan to investigate the chiral and deconfinement aspects of the QCD transition from the first principle based lattice QCD Monte Carlo numerical computations. We will study the chiral phase transition and the in-medium hadron properties in detail. Firstly we plan to investigate on the temperature and quark mass dependences of the chiral condensate and chiral susceptibility. We will perform this study on lattices with different sizes in order to determine the QCD magnetic equation of state including the phase transition temperature etc in the continuum limit. Based on the non-universal parameters obtained from the QCD magnetic equation of state we will also determine the curvature of the chiral phase transition line at small baryon number density. Secondly we will compute the hadron two-point temporal and spatial correlation functions and extract the screening masses, spectral functions at various temperatures below and above the transition temperature. We plan to determine the dissociation temperatures of hadrons in the gluon plasma in the continuum limit. We will also study the effects of the dynamic quarks on the dissociation temperatures. The outcome of this proposal is not only important for the understanding of the QCD as a theory but also for the interpretation of the relevant phenomena observed in the heavy ion collision experiments.

强相互作用核物质在极端条件下的相结构研究是当前高能核物理的重大课题之一。核物质从强子相到夸克胶子等离子体相的转变体现在手征和退禁闭两方面。这两个方面的研究对理解强相互作用的相转变起着至关重要的作用。本项目采用从第一性原理出发的格点量子色动力学方法，针对强相互作用核物质相转变中这两个方面的性质，系统地研究量子色动力学的手征相变及处于热物质中强子的性质。我们将研究量子色动力学手征相变序参量及其磁化率随温度和夸克质量的变化关系，得到连续极限下量子色动力学手征相变的温度、阶数及相变曲线在小重子化学势下的曲率；研究重强子的两点关联函数、屏蔽质量及其谱函数与温度的依赖关系，确定在连续极限下重强子在胶子等离子体中的离解温度，并研究动力学海夸克对离解温度的影响。这些研究结果对理解量子色动力学理论本身和高能重离子碰撞中的相关实验现象均具有重要意义。

强相互作用核物质在极端条件下的相结构研究是当前高能核物理的重大课题之一。核物质从强子相到夸克胶子等离子体相的转变体现在手征和退禁闭两方面。这两个方面的研究对理解强相互作用的相转变起着至关重要的作用。本项目采用从第一性原理出发的格点量子色动力学方法，在资助下共发表19篇论文，其中Phys.Rev.Lett.2篇，这些成果在36次特邀报告中展示。代表性成果阐述如下：1）首次得到了（2+1）味QCD手征相变温度。计算了手征凝聚以及手征磁化率并构造得到了新的观测量的值。利用O(4)标度关系对这些新的观测量做了热力学极限、手征极限以及连续极限推广，提供了QCD临界点寻找的温度的上限值，结果于2019年发表在Phys. Rev. Lett.,总被引次数为125次；2）更精准地确定了强子相到夸克胶子等离子体相的相转变温度。利用遵循不同标度行为的手征变量来更好地分析平滑过渡温度的不确定性并提高了计算精度，我们得到了手征相转变的温度为156.5+/-1.5MeV，结果发表在Phys.Lett.B,被引306次；3）建立了研究QCD手征反常微观起源的新方法，首次得到QCD手征反常对QCD手征相变的影响的大小，量化了QCD手征反常对QCD手征相变的影响，结果间接地表明在手征相变温度处QCD相变应为服从O(4)普适律的二阶相变。结果发表在Phys. Rev. Lett.被引28次；4）我们分析在了在手征平滑过度温度附近强子的屏蔽质量随温度的变化关系，讨论了其与手征相变及轴矢相变的联系，结果发表于Phys.Rev.D,Nucl.Phys.A等杂志；5）我们提出了新的抽取谱函数的方法，同时对比利用其他方法研究了在淬火近似下粲底夸克偶素的离解温度以及粲底夸克的输运系数，结果表明Jpsi很可能在Tc附近就离解而Upsilon可能在1.5Tc仍然存活，同时粲夸克的阻力系数比底夸克的阻力系数更大，结果发表在两篇Phys.Rev.D上。