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强作用物质的介电性质和耗散性质

刘绘  
【摘要】: 相对论重离子碰撞是深入了解强相互作用的重要手段。人们期待用这种方法产生足够高的温度,实现从强子物质相向夸克物质相的转变。本文就是在强子物质和夸克物质这两个层次上,用有限温度场论和动力论的方法讨论了强作用物质的介电和耗散性质。 首先,我们对相对论重离子碰撞的实验和理论的现状做了简单的回顾。作为理论基础,介绍了计算中所需的基础理论和概念,包括不同规范下极化张量的分解、硬热圈近似与有效微扰论、输运方程、线性响应下的介质效应以及计算QGP输运系数时用到的两种框架——动力论和Kubo公式。 在核物质层次上,我们用QHD-Ⅱ模型讨论了由ρ介子极化引起的核物质的介电函数,指出其基本特点是在类空和类时区各有一个极小值,其中类空区的极小值是由朗道阻尼引起的,而类时区的极小值可以用介质中核子的共振激发导致的感应流机制来解释。考虑到核物质中ρNN张量耦合的主导地位,我们还在有限温度有限化学势的条件下讨论了由这种耦合方式导致的介电函数,结果清楚地表明,在类时区两个不对称的极点结构分别来自于费米面附近核子与反核子的贡献,随着温度的升高,由费米面的熔解导致的不对称趋势越来越明显。 在夸克层次上,考虑到强耦合QGP中极有可能存在由强耦合导致的带色束缚态,我们试图通过标量QCD模型来描述规范场与束缚态之间的相互作用。作为尝试,本文讨论了QED+sQED模型的介电函数,并比较了硬热圈和完整单圈计算的差别。结果表明,由于完整单圈与硬热圈近似相比捡回了外线硬模式的贡献,使得其在类时区表现出非平庸的结构。而在这个区域内,sQED的介电函数的实部从下方趋于真空值,同时虚部还在两倍束缚态质量处呈现出一个与QED符号相反的凸起结构,说明在此处外线模式与一对玻色子束缚态发生了能量交换。这些结果表明当讨论含有束缚态的等离子体时,类时区的西种相反的趋势可能发生竞争,从而使得介电函数有更丰富的结构。 对于弱耦合的QGP,我们采用动力论和Kubo公式的方法讨论了其在有限温度有限化学势下的切向粘滞系数。结果显示,化学势增加了粘滞性,相比纯温环境给出了一个μ~2/T~2阶的修正。在Kubo公式的计算中,介质中的粒子有效宽度被引入,用以改善单圈中pinch奇点的红外行为,并给出了与动力论结果相同的领头对数阶的贡献。除此之外,通过用Djorken演化图象对速度梯度做最大值估计,我们还讨论了弱耦合极限下粘滞系数和非平衡态的熵密度以及它们的比值,发现即使在线性响应下,粘滞过程中的熵产生并不象想像中的那么小;研究η/s对耦合常数的依赖关系发现,一方面在弱耦合区,这个比值只能存在于有效的范围之内,要求耦合常数不能无限小,而应有一个下限值;另一方面,弱耦合的计算结果不能解释当前RHIC实验的数据,必须引入强耦合或强关联机制。 对于强耦合QGP,我们提出利用单圈重求和的有效传播子讨论规范等离子体中存在标量束缚态情况下的粒子间相互作用势。计算得到的相互作用势具有衰减振荡的行为,这与从硬热圈重求和得到的单调下降的Debye屏蔽不同。模型中的四个自由参数:温度、费米子质量、标量粒子的耦合强度和标量粒子质量对振荡势的行为有两种相反趋势的贡献,它们之间的竞争使得相互作用势可能变得短而强或者长而弱。在某种条件下,可以期望这个势能的形式力程足够长且强度足够大,从而能保证有夸克层次上的液体状态的产生,并解释实验中观察到的QGP的低粘滞性。


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