现代核物理学的整体框架

现代核物理学的整体框架,北大物院2016年秋季学期“现代物理前沿讲座I”，2016年10月17日,提纲I、概述、现代核物理的整体框架、现代核物理研究的一些大型基地、核物理研究方法概述V.小结,I.概述：,1、原子核物理的定义与范畴：传统概念：研究原子核的性质、结构、反应及与物质相互作用的物理学分支学科。现代概念：研究原子核的性质、结构、反应、与物质相互作用、及其组分(强子)的结构、性质和由之形成的物质的性质、起源等的物理学分支学科。,美国核科学长期发展规划目录,美国核科学长期发展规划目录,2、一些基本概念,(1)组成：核子（质子、中子）和超子、介子。超核的发现：超核：Phil.Mag.,44:348(1953)，Phys.Lett.B53:297(1974),etc;超核：Nucl.Phys.A508:99c(1990),639:103c(1998);超核：Ann.Phys.146:309(1983);介子自由度：Shi-shuWu,andYu-jieYao,Chin.Phys.Lett.12:344(1995),13:347(1996);,(2)结合能:、比结合能：56Fe的最大,其前放热(聚合放能)其后吸热(裂解放能),(3)原子核有大小、形状、集体运动：原子核的形状球形变形四极变形（椭球形）八极变形（梨形、等）十六极变形原子核的集体运动模式振动：（Vibration）转动：轴对称(axialrotation(prolate,oblate)、不定轴(-softrotation)、三轴(triaxialrotation),(4)核子数和角动量等变化引起集体运动模式相变,(5)原子核的自旋,各核子角动量的叠加+集体转动。(6)原子核的磁矩各核子的磁矩的叠加+集体运动；核子的反常磁矩机制仍在探讨(Chang,Liu,Roberts,PRL106,072001(2011)(7)原子核的衰变衰变模式：衰变、衰变、衰变、大（多）集团衰变、衰变定律：,(8)稳定线（谷）：,稳定原子核的、关系。,3、涉及的相互作用,(1)强相互作用原子核很小（fm）相互作用很强、力程很短强相互作用。(2)弱相互作用衰变：ZAZ+1A+e-+能量很低(0，呈6味3代.,为何禁闭?如何禁闭?,明亮物质5%.95%?暗物质？暗能量？,手征对称性硬破缺,Higgs机制,Higgs机制的微观基础？,Mu,d=100mu,d,如何产生？强作用非微扰效应！?,“全新形态”物质：QGP?sQGP?,奇异强子？,宇宙物质的演化归结为QCD相变,SchematicQCDPhaseDiagram,涉及相变：禁闭（强子化）退禁闭手征对称性破缺恢复味对称味对称性破缺,ChiralSymmetricQuarkdeconfined,SB,Quarkconfined,sQGP,研究方法：实验：RHIC、Ast-Obs.理论：离散场论、连续场论计算：实现理论、模拟,？,？,？,实验观测研究方法：,(2)对致密星性质等的观测,(1)相对论性重离子碰撞（RHIC）等(u23u),正运行的装置：美国的RHIC,CERN的ALICE-LHC正(拟)建造的装置：FAIR(德),NICA(俄),HIAF(中),“QCD”PhaseTransitionsmayHappen,PossibleObservables,SignalsforQCDPhaseTransitions:InLab.Expt.JetQ.,v2,Viscosity,CCFluct.,对理论方法的基本要求:(1)统一包含两类相变DCSB45-S1,1(2000);EPJ-ST140(2007),53;R.Alkofer,et.al,Phys.Rep.353,281(2001);LYX,Roberts,etal.,CTP58(2012),79;.,PracticalAlgorithms,？,？,Solvingthecoupledquark,ghostandgluon(partsofthediagrams)equations,e.g.,Solvingthetruncatedquarkequationwiththesymmetriesbeingpreserved.,德国-奥地利组，匈牙利组，南美组，等,46,Expressionofthequarkgapequation,Truncation：PreservingSymm.,QuarkEq.,DecompositionoftheLorentzStructure,QuarkEq.inVacuum:,47,QuarkEq.inMedium,MatsubaraFormalismTemperatureT:MatsubaraFrequencyDensity：ChemicalPotential,DecompositionoftheLorentzStructure,S,S,S,S,48,Modelsoftheeff.gluonpropagator,(3),CommonlyUsed:Maris-TandyModel(PRC56,3369),Cuchieri,etal,PRD,2008,A.C.Aguilar,etal.,JHEP1007-002,RecentlyProposed:InfraredConstantModel,(Qin,Chang,Liu,Roberts,Wilson,PRC84,042202(R),(2011).),Takinginthecoefficientoftheaboveexpression,DerivationandanalysisinPRD87,085039(2013)showthattheonein4-Dshouldbeinfraredconstant.,49,Modelsofquark-gluoninteractionvertex,BareAnsatz,Ball-ChiuAnsatz,Curtis-PenningtonAnsatz,(Rainbow-LadderApprox.),BC+ACM(Chang,Liu,etc,PRL106,072001,Qin,etc,PLB722),SatisfyingW-TIdentity,L-C.restricted,SatisfyingProd.Ren.,50,ArigorouscheckontheACMmodelofthequark-gluoninteractionvertex,51,InDSEapproach,Dynamicalchiralsymmetrybreaking,Increasingtheinteractionstrengthinducesthedynamicalmassgeneration,K.L.Wang,YXL,etal.,PRD86,114001(12);,Numericalresults,52,withD=16GeV2,0.4GeV,DCSBstillexistsbeyondchirallimit,SolutionsoftheDSEwithMTmodelandQCmodelfortheeffectivegluonpropagatorandbaremodeland1BCmodelforthequark-gluoninteractionvertex:,With=0.4GeV,L.Chang,Y.X.Liu,C.D.Roberts,etal,arXiv:nucl-th/0605058;R.Williams,C.S.Fischer,M.R.Pennington,arXiv:hep-ph/0612061;K.L.wang,Y.X.Liu,45-S1,1(2000);EPJ-ST140(2007),53;R.Alkofer,et.al,Phys.Rep.353,281(2001);LYX,Roberts,etal.,CTP58(2012),79;.,55,非微扰情况下相变的判据,Quantitiesidentifyingthephasetransitions,ForChiralPhaseTransition,Traditionally,CriterioninDynamics:EquatingEffectiveTPs,WithfullyNonperturbativeapproach,onecouldnothavetheETPs.NewCriterionmustbeestablished!,56,J.-P.Blaizot,etal.,PRL83,2906,相变进行方向与热力学基本原理的相容性对一级相变区，考虑表面效应可以解决降温过程中强子化的“熵疑难”,CrossoverRegion,FirstOrderRegion,W.Y.Ke,etal.,PRD89,074041(14),OpenQuestions(continued),CoincidenceofDynamicalChiralSymmetryBreaking(DCSB)andColorConfinement?!,SignalsofQCDPhaseTransitionsIdentifiedinRealQCD?!EspeciallyforCriticalEndPoint.,Process&DirectionofQCDPhaseTransitions?!,MechanismofQCDPhaseTransitions?!ofDCSB?!ofConfinement?!,尺度和表面对有限系统相变的影响,60,AlongthelineoflatticeQCDsimulationsandphenomenologicalmodels:takinginfraredcutoff,Forthesurfaceeffectofthefinitesizesystem:takingtheMREapproach,Systematicformalismisstilllacking!,V.小结,现代核物理：重大基本问题；多学科交叉（一些学科的基础）；应用范围广泛、意义重大；前景广阔！,+1,Maris&Roberts,InDSEapproach,RadioPulses=“Neutron”Stars,CompositionsandPhaseStructureofCompactStarsandtheirIdentification,Composition&StructureofNSareStillUnderStud