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原子核液气相变的动力学研究

张英逊  
【摘要】: 物理学的许多领域,从凝聚态到天体物理,从格点QCD到核物理等都会涉及到相变现 象的发生。而对于核物质,我们从它的相图中可以知道,在低能区会发生液气相变。因此, 近些年来通过中高能重离子反应来研究核的液气相变也引起了人们极大的兴趣。另一方面, 混沌动力学、分形等非线性学科在近年来的长足发展,也为人们认识世界提供了另一强有力 的方法。而我的论文则试图从动力学的角度去探索在有限的核体系中的相变与混沌之间的联 系、体系大小对有限体系相变的影响等问题。 论文中首先对相变与临界现象的历史及其基础知识进行了回顾。为了研究有限体系的相 变与体系混沌度(最大Lyapunov指数)之间的联系,我们选取了有限体系-原子核来作为 我们研究的对象。而为了得到比较合理的、一系列的基态原子核的性质,我们则是使用了相 对论平均场。我们通过改变基态核的温度(激发能),来研究核体系随温度(激发能)的改 变而发生的相变。为了研究核体系在不同温度下的动力学演化的性质,我们采用了近年来在 中高能重离子反应中得到广泛应用的量子分子动力学。从混沌动力学的角度,通过研究原子 核体系在不同温度下最大Lyapunov指数,揭示了相变与混沌之间的联系。进一步的,我们 研究了反映相变的力学不稳定性的密度涨落与相变的联系,通过与相变时的最大Lyapunov 指数与温度的关系的比较,揭示了相变与混沌之间的物理内涵。类比于热力学中的一些思想, 我们对于体系的无规能量(内能)以及体系的径向运动动能等进行了研究,探讨了体系在相 变过程中的动能及内能的变化趋势与规律。最后,我们给出了能在实验上可观测的碎片质量 分布在临界点时的Power-law指数的大小。 通过上述几个方面的详细论证,我们给出了相变与混沌的联系:即对于原子核的液气相 变而言,体系的最大Lyapunov指数随温度变化的行为类似于密度涨落随温度变化的行为, 它们都将出现一个尖峰,并且对于较大的体系而言,它们在同一个温度下达到峰值:有限体 系的尺度效应对相变的影响:相变的临界温度随着体系的增大而增大,但是当体系的尺度超 过一定的临界值时,体系相变的动力学特性不再有显著的变化,这个临界尺度大约为200 个核子;此外,我们还给出了一系列体系在相变点的Power-law指数(关于电荷与质量的) 的大小,对于电荷而言tz~2. 45左右。所有的上述的分析,还一致的给出了原子核的液气 相变为二级相变。


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