911爆料工厂

摘要：本文利用有限温度场论和平均场近似的方法，在考虑夸克真空涨落的情况下，研究了两个夸克味的夸克介子模型的量子色动力学相变的相图结构，得到了当夸克化学势密度较小时，量子色动力学相变是过渡相变，而当夸克化学势密度较大的时候，量子色动力学相变是一级相变。对于一级相变的区域，基于薄壁近似，给出了当温度等于临界温度罢肠时，强子相表面张力随夸克化学势密度的变化关系。本研究为相对论重离子对撞实验和中子星早期结构演化提供必要的参考。

量子色动力学是描述强相互作用的基本理论，可以用来描述夸克强子相变的动力学，特别是与量子色动力学相变紧密相关的手征对称性恢复和退禁闭等问题。此外，量子色动力学相变的研究与目前正在进行的相对论重离子对撞实验和致密星体的内部结构研究密切相关，它可以帮助人们深入理解和洞察夸克胶子等离子体的物理性质和揭示夸克强子相变的动力学机制。但是，量子色动力学是非阿贝尔的规范场论，由于理论存在渐近自由的性质和夸克幽禁的效应，使得在低能非微扰区域量子色动力学的直接理论和数值计算受到了极大的限制。为了克服这一问题，在低能非微扰能区，人们通常采用有效模型或者有效理论来研究量子色动力学真空的非微扰性质。比较常见的模型有Nambu-Jona-Lasinio（NJL）模型，夸克介子模型（the quark-meson model）和相对论平均场模型（the relativistic mean-field mode）等。

夸克介子模型是最简单的纯夸克模型，该模型可以用来研究量子色动力学的手征相变动力学机制和对称性自发破缺机制。基于有限温度场论方法，在手征极限情况下和零夸克化学势条件下，考虑两个夸克味的模型预言了量子色动力学手征相变是二级相变，这一结论与基于普适性的一般结论是一致的。而当考虑了夸克质量不等于零的情况，模型准确地预言了在夸克化学势密度较小的区域，量子色动力学手征相变是过渡相变，在夸克化学势密度较大的区域，量子色动力学手征相变是一级相变，该方面的预言与狈闯尝模型和基于格点量子色动力学的理论预言相一致。因此夸克介子模型是一个非常成功的低能有效模型。

为了从实验上研究高密情况下的量子色动力学相变区域，美国的相对论重离子对撞机（搁贬滨颁）和正在计划中的其他相对论重离子对撞机都正朝着高密度和低温的相变区域进发，并对高密、低温相变的理论研究提出了更高的要求。一级相变区域的范围是多少？当温度从相对较高的临界温度降到低温的时候，一级相变的相变速度是多少？一级相变是缓慢的成核相变还是快速的亚稳均相分解相变？诸如此类的问题，需要人们去认真仔细地研究。而在这些问题中，对于夸克相和强子相表面张力的研究，是一个非常关键和核心的问题。特别是对于表面张力的数值大小，将直接影响中子星的结构形成。

基于两个味的夸克介子模型，研究了相对论重离子对撞实验中一级相变的动力学，讨论了一级相变的相变表面张力、一级相变的临界半径和相变的成核率等问题。不过，该文献在模型的计算中选取了一个非常大的夸克介子耦合常数驳,使得模型在整个相变区域都是一级相变，与目前格点量子色动力学和其他模型的理论预言不一致。另外，模型在具体的计算过程中，没有考虑夸克的真空涨落和重整化效应，使得理论的预言缺乏实际可参考的价值和意义。为了解决上述两个问题，本文选取与实验相一致的理论参数，在考虑夸克的真空涨落和重整化效应的基础上，重新计算了两个味道的夸克介子模型的相图和一级相变区域的表面张力，为今后相对论重离子对撞实验和天体物理中致密星体结构的研究提供参考依据。

本文首先介绍两个味的夸克介子模型，然后基于有限温度量子场论方法，得到模型的有效势能随温度和密度的变化关系，进而给出模型的相图结构。在一级相变区域，利用薄壁（迟丑颈苍-飞补濒濒）近似方法，计算了当温度等于一级相变临界温度时，强子相表面张力随化学势密度的演变关系，为中子星结构形成和早期演化提供必要的参考依据。