非对称强相互作用物质的性质与相变研究

It is a hot and frontier topic to study the properties and the phase transition of strongly interacting matter, but the locations of the critical end point of QCD given by different theoretical models are not consistent, and the entanglement between the quark chiral symmetry restoration and deconfiment is also not clear. Our previous research shows the isospin effect between quarks is important for the phase-transition signals from high-density asymmetric nulcear matter to quark matter on the next generation accelerators of NICA and FAIR.Based on our previous study with the consideration of quark isospin effect, we will further improve the effective models of quantum theory by including the finite volume effect of hadrons, the entanglement between quark deconfinement and chiral symmetry restoration. We will study the influences of these factors on the equation of states and symmetry energies of high-density nuclear matter and quark matter. By analyzing the distribution and evolution of the particles created in heavy-ion collisions, and the features of quark hadronization, we try to explore the phase transition signals from asymmetric nuclear matter to quark matter, which will provide references for the phase-transition experiments that will be performed on the next generation accelerators of NICA and FAIR. Meantime, we will extract the effective information of QCD from heavy-ion collisions and use it to study the hadron-quark phase transition in compact stars. With the combination of neutron star astrophysical observation, we will then constrain the model parameters in turn. The multidisciplinary research provides a new way to study the phase transition of strongly interacting matter.

强相互作用物质的性质与相变研究是一个前沿热点课题，但目前各种模型给出的QCD临界点的位置并不一致，夸克手征对称性恢复与退禁闭之间的关联（纠缠）尚不清楚。我们的前期研究发现夸克的同位旋效应对下一代加速器NICA和FAIR上计划开展的非对称高密核物质到夸克物质的相变信号探测有重要的影响。在此基础上，本课题进一步引入强子的有限体积效应，夸克的退禁闭与手征对称性恢复的纠缠效应，改进和发展量子场论的有效模型，研究这些因素对非对称高密核物质与夸克物质的状态方程及对称能的影响。通过分析重离子碰撞实验中产生的物质的组分分布、演化及强子化特点，探索非对称核物质到夸克物质的相变信号，为NICA和FAIR上的相关实验提供理论参考；与此同时，把提取出来的QCD有效信息用于研究致密星内部的强子-夸克相变，并结合中子星的天文观测对物理模型参数进行限制。本课题的学科交叉研究将为探索非对称强相互作用物质的相变提供新思路。

随着新一代加速器的升级建造和中子星的天文观测进展，有关强相互作用物质的性质，特别是高密核物质到夸克物质的相变研究已经成为非常重要的研究课题。然而有关手征对称性恢复与退禁闭之间的关联机制尚不清楚，而二者之间的关系又与QCD临界点的位置及相关相变信号密切相关。本课题对相关内容开展了系统的理论研究。. 首先，本课题探讨了手征凝聚和夸克禁闭之间的纠缠效应对QCD相结构的影响，并在此基础之上构建了描述强子—夸克相变的两相模型，探讨了纠缠效应对重离子碰撞实验中非对称核物质到夸克物质相变信号的影响及其对碰撞能量的依赖，并建议根据同位旋相关的粒子数之比的测量对纠缠强度进行限制。其次，我们考虑了有限密度下夸克对胶子场的量子反作用，引入了化学势对Polyakov圈有效势的修正，该修正的引入会对夸克物质的相结构产生较大的影响，使得在低温高密区所谓的quarkyonic matter的范围极大减小。相应的两相模型的计算表明强子—夸克相变的密度也随着夸克对胶子场的反作用强度的增大而迅速降低。同时，在相变发生的初始时刻，u、d夸克的不对称度随温度的升高而减小。根据这些特点我们提出了限制夸克模型参数及检验相关物理机制的方案。除此之外，本课题探讨了强子的占有体积效应对高密区核物质到夸克物质相变的影响，并探讨了中子星物质的状态方程及质量—半径关系。研究结果表明，强子占有体积效应的引入会使得中子星物质的状态方程变硬，中子星的最大质量变大，满足当前的天文观测结果，但是在中子星内部夸克相出现的密度有所降低。 . 本课题的研究对强相互作用物质的相变机制及相变信号探测进行了综合研究，对理解强相互作用物质的性质和相变有一定的推动作用。本项目及之前的相关研究已结果被国内外学者引用一百多次。