量子色动力学凝聚态物理教学课件

量子色动力学凝聚态物理6、黄金时代是在我们的前面，而不在我们的后面。7、心急吃不了热汤圆。8、你可以很有个性，但某些时候请收敛。9、只为成功找方法，不为失败找借口(蹩脚的工人总是说工具不好)。10、只要下定决心克服恐惧，便几乎能克服任何恐惧。因为，请记住，除了在脑海中，恐惧无处藏身。--戴尔．卡耐基。量子色动力学凝聚态物理量子色动力学凝聚态物理6、黄金时代是在我们的前面，而不在我们的后面。7、心急吃不了热汤圆。8、你可以很有个性，但某些时候请收敛。9、只为成功找方法，不为失败找借口(蹩脚的工人总是说工具不好)。10、只要下定决心克服恐惧，便几乎能克服任何恐惧。因为，请记住，除了在脑海中，恐惧无处藏身。--戴尔．卡耐基。量子色动力学的凝聚态物理王群中国科技大学/近代物理系2007.4量子色动力学核力(强作用力)是自然界四种基本力之一夸克和胶子构成核子，强作用力的基本粒子量子色动力学:强作用的基本理论基本特征:夸克禁闭(没有自由的夸克和胶子)(04’诺贝尔物理奖)克雷研究所：新千年七大数学物理难题之一(＄1,000,000)禁闭问题的解决，将使我们对核力的认识与控制能力有质的飞跃还原主义和浮现主义的弦论还原主义的弦论：所有基本粒子都是弦的激发浮现主义的弦论：各种波动场(光子，狄拉克费米子，引力子)都是弦网凝聚态的激发(X.-G.Wen,…)禁闭的解除-夸克物质新物态◆

压缩和加热核物质可以使夸克解除禁闭

(李政道,1974;Collins&Perry,1975)◆

宇宙中存在夸克物质状态▲致密星体的内部存在夸克物质▲大爆炸的最初几秒钟高密夸克物质高温夸克物质重核碰撞:高温夸克物质核变成非常扁的圆盘Lorentz收缩因子g=100两核相互穿越穿越时间<1fm/c剧烈横向膨胀产生高温最后阶段:较大体积内冷凝Au+Au对心碰撞40x1012eV~6micro-Joule人类听力灵敏度~10-11erg=10-18Joule高温：万亿度()，可以把核子溶化RecordedSmallBang(RHIC-STAR)Endviewofacollisionoftwo30-billionelectron-voltgoldbeamsintheSTARdetectorattheRelativisticHeavyIonCollideratBrookhavenNationalLaboratory,Thebeamstravelinoppositedirectionsatnearlythespeedoflightbeforecolliding.(Courtesy:BrookhavenNationalLaboratory)致密星中的低温夸克物质取自F.Weber,astro-ph/007155解禁闭相变路线图低温夸克物质的基态:

色超导态色超导态：夸克之间的两两配对的状态早期历史：Barrois(77’),Bailin&Love(84’)研究热潮：MIT组(98’),StonyBrook组(98’)，色味耦合态色超导态的相结构非常丰富,夸克有两个新自由度：颜色和味道超导态的基本性质水银的超导电性温度(K)I类II类磁涡旋电阻两个基本长度或能标:穿透长度:相干长度:

无耗散性迈斯纳效应能隙-色超导能标之一无耗散性:小扰动不足以激发准粒子得到了超导态的重要尺度或能标-迈斯纳效应的穿透长度使用了一种新方法计算了胶子和光子的混合模式(类似于弱电统一理论中的光子-W/Z混合)新光子在颜色-自旋耦合相中有质量→有电磁Meissner效应，(与以往的结论是不同的)自旋为1的色超导体是第一类超导体迈斯纳质量-色超导能标之二S=0配对2-flavorSC(2SC)Bailin,Love(1984)Color-flavor-locking(CFL)Alford,Rajagopal,Wilczek(1984)S=1配对PolarphaseSchafer(2000)Color-spin-locking(CSL)Bailin,Love(1984)Schafer(2000)Pairbreaking?不对称配对rarecaserealcaseincolddensequarkmatter摘自黄梅的报告

urugubdgdrdb化学平衡和电中性色中性条件摘自黄梅的报告弱耦合近似下的能隙Son(1999);Pisarski,Rischke(2000);Brown,Liu,Ren(2000);Rischke,Wang(2002)DependingonphasesCharacteristicofCSC能隙(结果)2SCCFLCSLpolarspin001110.570.57Two-gapstructurebreaksBCS-ratioExponentialsuppressionfactorinCSLfromangularintegral(Zerotemperature)(transitiontemperature)Schmitt,Wang,Rischke,PRD(2003)MixingofgluonandphotoninCSCNewelectricchargeand8thcolorchargeNewphotonandgluonNewcouplingconstant光子与胶子的迈斯纳质量与弱电模型比较计算方法Nambu-Gorkovbasis:CalculatepolarizationtensordiagonalizationRotatedphotoncanpenetrateinto2SCandCFL:noEMMeissnereffectRotatedphotoninCSLphaseshasanon-vanishingmass:EMMeissnereffectSince,inweakcouplings,spin-1color-superconductor(CSLorpolarphase)atype-Isuperconductor迈斯纳质量：结果总结Schmitt,QW,Rischke,PRL(2003)色超导与电超导的比较强耦合与弱耦合色超导强耦合(BEC)情形弱耦合(BCS)情形BEC和BCS配对的差别fermionicbosonicEbTdependence

EF

dependence

T

independentEFindependent模型计算结果能隙和有效化学势费米子和玻色子数密度x是BEC-BCS转换参数x<0,BCS区域X>0,BEC区域Deng,Schmitt,Wang,nucl-th/0611097模型计算结果费米与玻色量子液体AtomicsystemsAtomicBEC(1995):WeaklyinteractingbosegasFermionicatomgasCondensedmattersystemSuperconductor(1911)4He(1937),3He(1971)High-Tcsuperconductor(1987)1021cm-31012cm-31nK100KDensityTemp.Tobridgedifferentregimes…WeakinteractiontostronginteractionBosonstoFermionsandviceversa实验装置Efficientloadingintotheopticaltrap:~107thermalatomsTimeEvolutionAbsorptionimages新思想:规范场/弦对应RHIC结果表明QGP是强耦合理想流体，sQGP。sQGP的，理想流体行为。高能粒子在sQGP中传播导致能损粒子产生受到介质的影响。小爆炸的膨胀冷却::宇宙大爆炸膨胀强子产生::星系的产生用AdS/CFT描述弯曲时空的膨胀,与宇宙学的关系？研究领域的特点低温夸克物质特性的研究，重离子碰撞物理正在成