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强子物质热力学性质和非微扰CJT计算方法研究

舒崧  
【摘要】:强子物质性质的研究在低能核物理、高能重离子碰撞物理以及天体物理的研究中都有着重要意义。由于理论上已经知道强子是由夸克组成的,原则上来讲,强子物质的性质应能直接由最基本的夸克层次上的动力学理论量子色动力学(QCD)来描述,但是由于QCD理论非微扰计算上的困难以及强子间相互作用本身的复杂性,使得这一方面理论上的工作很难进行。目前对强子物质性质的研究主要是从QCD理论基本对称性要求(如:因果性,洛仑兹协变性,规范对称性,手征对称性和守恒律)出发来发展有效QCD理论,如手征微扰理论等,或者直接在强子层次上建立以强子动力学为基础的量子强子动力学模型(QHD)。本论文主要是从强子层次出发,以QHD理论为基础讨论了强子物质的热力学性质以及相关的非微扰计算方法问题。 在场论中研究系统的热力学性质主要的理论基础是有限温度场论。在理论基础部分我们具体介绍了它的两种理论表述形式:虚时形式和实时形式。而文中的所有讨论是在虚时温度场论的框架下进行的。由于强子物质的研究要用到非微扰的计算方法,我们在理论基础中主要介绍了平均场方法和非微扰的CJT计算方法。平均场方法是早期在核物质研究中能处理强作用的最常用也是最成功的计算方法。它主要是将核物质中的介子场当经典场处理,并通过核多体理论方法来求其场的基态或热力学平均值,或者通过热力学平衡条件来定介子平均场的值。平均场近似还可以通过场论中对核子完全传播子作费曼图展开,并自洽求解在Hartree或Hartree-Fock近似下的核子自能而得到。在场论中,CJT方法也是能处理非微扰效应的计算方法。它是早期由Cornwall,Jackiw和Tomboulis在研究对称性自发破缺问题中,通过有外源的格林函数生成泛函计算方法发展出来的一套比较系统的重求和计算技术。非微扰的效应通过自洽地对无穷多的高阶圈图进行重求和而被包含进来。在具体介绍了它的基本理论形式后,我们还进一步给出了它在入φ~4模型中的应用。 核物质是指成分粒子为核子并由介子来交换相互作用的多粒子体系。核物质概念最初是由对有限核(即原子核)的研究中抽象出来的。早期对有限核研究比较可靠的办法是Brueckner-Hartree-Fock(BHF)方法。它主要是通过核子核子间实验散射数据来定相互作用势从而能研究有限核及核物质的方法。后来被发展到相对论BHF(DBHF)方法。而同时由Walecka等人提出的建立在强子动力学基础上的


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