改进的含介子的夸克质量密度相关模型及其应用

摘要

由于量子色动力学(QCD)在低能区域的非微扰特性所带来的困难,所以体现强相互作用特征的唯象模型被广泛的应用于强子,核物质和夸克物质的理论研究中,其中有一些模型基于夸克和胶子自由度,还有一些基于核子和介子自由度,还有基于夸克和介子自由度。夸克质量密度相关模型(QMDD)就是这样一个能够体现强相互作用的唯象模型.QMDD模型虽然能够解释夸克禁闭性质,并且能够描述奇异夸克物质的许多性质,但是不能解释奇异粒子团的反常膨胀,也不能解释临界温度T_C随着核物质密度ρ变化的QCD去禁闭相图。为了克服这些困难,章赟和苏汝铿教授假设QCD口袋常数与温度相关,提出了夸克质量密度温度相关模型(QMDTD)。QMDTD模型较好的解决了上述困难,并且得到了一些成功的应用,但它仍然只是一个理想气体模型,夸克之间没有相互作用。同时,夸克介子耦合模型(QMC)也是一种能体现QCD精神的模型,被广泛应用在无限大核物质和有限核的理论研究中。然而QMDTD模型和QMC模型有一些不足之处,我们的研究工作就是针对它们的不足之处而开展的,我们提出了改进的夸克质量密度相关模型(IQMDD)。可以这样总结我们的工作:(1)在IQMDD模型中严格计算了口袋常数随着温度下降的变化关系,使之成为输出量,夯实了QMDTD模型的理论基础。(2)在QMDD模型基础上,引入了夸克与介子的耦合,扬弃了夸克禁闭的MIT边界条件,使得我们的夸克介子耦合模型原则上能够处理夸克去禁闭相变和基于夸克与介子自由度的核多体计算。(3)我们用IQMDD模型做了许多应用,考察了许多重要的核物质体系:中子物质以及奇异强子物质。处理的结果说明我们的模型是成功的。这篇论文是这样组织的:第一章是我们工作的背景介绍,它包含如下部分:QMDD和QMDTD模型的简单介绍,包括它们的成功和不足之处;QMC模型,同时强调它的不足之处;最后简单的总结了我们工作的思路以及全文的结构。第二章中,通过引入夸克与标量介子的非线性相互作用,我们提出了带有标量介子相互作用的夸克质量密度相互作用模型。在很大的参数空间范围内,我们对此模型的数值解做了较为详细的分析。计算了核子基态的夸克波函数和介子场σ,以及电荷的均方根半径,核子磁矩,以及核子轴矢量与矢量衰变耦合常数的比值等可以与实验比对的物理量。在第三章中,受到夸克介子耦合模型的启发,我们在最初的IQMDD模型的基础上,我们进一步引入了ω场与u,d夸克耦合,在平均场近似下,通过求解夸克与介子的运动方程,给出了核物质的饱和性质,核物质的压缩系数,核子有效质量以及态方程。由于MIT口袋被扬弃了,夸克与介子的相互作用拓展到全空间,从而原则上可以做超越平均场的核多体计算.在第四章中,利用有限温度场理论,我们计算了σ场的有效势,并且推广改进的夸克质量密度相关模型到有限温。计算表明,此模型不仅能够描述核物质的饱和性质,而且能够成功的解释夸克在高温时的去禁闭相变。我们得到了去禁闭相变的临界温度和口袋常数随温度下降的曲线,而且考虑了ω场对模型的影响。在第五章中,我们将IQMDD模型推广到不仅含σ,ω介子,而且含ρ介子,讨论了不对称核物质,特别是中子物质和中子星。

目录

摘要

ABSTRACT

引言

第一章 绪论

1.1 QMDD模型

1.2 QMDTD模型

1.3 QMC模型

1.4 IQMDD模型的基本思路

1.5 本文结构

第二章 带有标量介子相互作用的IQMDD模型

2.1 引言

2.2 IQMDD模型

2.3 IQMDD模型在核子基态的数值解

2.4 总结和讨论

第三章 夸克与标量介子与矢量介子耦合的IQMDD模型

3.1 引言

3.2 处算核物质的IQMDD模型的公式

3.3 计算结果

3.4 总结和讨论

第四章 有限温度下的IQMDD模型

4.1 引言

4.2 IQMDD模型在有限温度下的一些公式

4.3 计算结果

4.4 总结和讨论

第五章 带σ,ω,ρ介子的IQMDD模型

5.1 引言

5.2 带有ρ介子的IQMDD模型的公式

5.3 IQMDD模型对于中子星物质的讨论

5.4 数值计算结果

5.5 总结和讨论

参考文献

结语

研究生期间发表和待发表的论文

致谢