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1、最深层次的物质状态 夸克物质庄鹏飞 zhuangpf 物质的第五态 QCD超导与超流 相对论重离子碰撞中国科学技术大学 2012 06 08 2 物质科学包含物质的结构和状态最深层次的结构 夸克问题 看不见的夸克 质量起源 真空结构真空不知道 动动真空怎么样 最深层次的状态 熟悉的物质三态 固态 液态 气态第四态 原子弹爆炸后产生大块的电磁等离子体猜测 是否存在由夸克和胶子组成的色等离子体 QGP DavidJ Gross H DavidPolitzer FrankWilczek 2004诺贝尔物理奖 3 李政道 Inordertostudythequestionof vacuum wemus
2、tturntoadifferentdirection weshouldinvestigatesome bulk phenomenabydistributinghighenergyoverarelativelylargevolume Rev Mod Phys 47 267 1975 from1897topresent tocomprehendthelargest weneedonlyunderstandthesmallest frompresentto21stcentury toknowthesmallest weneedalsothelargest 研究夸克物质的意义 4 温度密度效应 波函数
3、重叠 最深层次物质形态夸克胶子等离子体 QGP 相变 体系对称性质的改变QCDPhaseTransitions deconfinement chiralrestoration colorsuperconductivity pionsuperfluidity BCS BECcrossover 如何产生夸克物质 5 relatedtoearlyuniverse relatedtocompactstars relatedtorelativisticheavyioncollisions 粒子物理 核物理 凝聚态物理 宇宙学 天体物理 superconductivityandsuperfluiditya
4、thighdensity 清华科技园园标 夸克物质是多学科的交叉领域 astronglycoupledquark gluonplasmaevenatextremelyhightemperature 高温强耦合夸克物质理论 LatticeQCD 胶子自相互作用导致跑动耦合常数 高能弱耦合 低能强耦合 极高温高密可以用微扰QCD 但如何处理强耦合导致的相变 LatticeQCD 7 高密强耦合夸克物质理论 QCD有效模型 有限重子数密度时LatticeQCD有技术困难 尚无精确结果 大Nc极限下的猜测 LatticeQCD初步结果 TemperatureEffect vacuumexcitatio
5、nDensityEffect vacuumcondensation BCS BECcrossoverisawaytounderstandtherunningcouplinginQCD 色对称性自发破缺 色超导 由BCS理论 在QED凝聚态中 两个电子通过交换光子是排斥相互作用 吸引相互作用是通过交换集体激发模式 声子来实现的 低温超导 Cooper对的形成自发破缺了电磁规范对称性 光子获得了质量 第一项在交换初态或末态的两个夸克色指标时是反对称的 吸引相互作用 在单胶子交换的层次就使得两个夸克可以配对 有Diquark凝聚 形成色超导 高温超导 由于色对称性自发破缺 胶子获得质量 夸克的色味结
6、构导致丰富的色超导相图 FrankWilczek 2004诺贝尔奖 色超导研究的开创者之一 色电中性的无能隙色超导态黄梅 何联毅 金猛 赵维勤 庄 2003 2012 稳定的超导态必须是 电 色 荷中性的 粒子数的差别引起费米面的差别 使得配对的两个费米子不在同一个费米面上 导致BreachedPairing色超导态 奇怪的中间温度超导态 解决办法之一是引入有总动量的LOFF态 考虑色电中性条件后 无能隙色超导迅速成为QCD相变研究的一个热点 我们的相关论文被引用1000多次 同位旋对称性自发破缺 Pion超流 theNambu Jona Lasinio NJL modelinspiredby
7、theBCSttheorydescribeswellthechiralandcolorcondensate weintroducedthepionsuperfluidintheNJLmodel 何联毅 姜寅 毛施君 夏涛 金猛 庄 2005 2012 BEC BCS Goldstonemode Pionsuperfluidphasediagram mesonspectrafunction Nambu2008诺贝尔奖 FAIRU U Elab 40AGeV CSRU U Elab 0 6AGeV RHICAu Au s 200AGeV LHCPb Pb s 5 5ATeV 相对论重离子碰撞是在实
8、验室实现夸克胶子等离子体的唯一可能方式 RHIC searchingforthequark gluonplasmathroughheavyioncollisionsatALICE ATLASandCMS LHC LHC LHC RHICandLHCaremakinglittlebanglikethebigbang studyingpropertiesonthemicroseconds olduniversethatcannotbeaddressedbyanytelescopeandsatellite TheLiquidQuark GluonPlasmasharescommonfeaturesw
9、ithcondensedmatter coldatomsandblackholes AGrandOpportunity 如何知道在重离子碰撞中产生了QGP QGP只能是重离子碰撞的中间态 即使在RHIC和LHC产生了QGP 也不能在末态直接观测到 只能通过携带QGP信号的末态观测量来判断 QGP的信号 Jetquenching 喷注在热密物质中损失能量Collectiveflow 体系的膨胀会产生集体流Strongfluctuations 在QCD临界点附近QuarkoniumProduction 热密物质中有Debye屏蔽ElectromagneticSignals 电磁信号是最干净的信号S
10、trangenessenhancement QGP中奇异夸克成对产生 RHIC发现了什么 Jetquenching Jetquenching Largev2 NCQ scaling J suppression 17 J psiProductioninaFullTansportModel relativistichydrodynamicsforQGPevolution transportequationforJ psimotion QCDequationofstate 朱相雷 刘云朋 周凯 陈保义 许怒 庄2006 2012 62GeV J YieldatSPS RHICandLHC TheJp
11、siYieldsatSPS RHICandLHCHaveSimilarBehavior IsThereaJpsiObservableWhichIsSensitivetotheHotMedium TransverseMomentumDistribution DataandOurModelPrediction 19 equationofstate idealgasorlatticesimulation AFullTransportApproachforQuarkoniainHIC quarkoniumtransportequations initialproduction includingCNM
12、 QGPhydrodynamics suppression regeneration analyticsolution 20 bothinitialproductionandregenerationsufferfromscreening 朱相雷 刘云朋 周凯 陈保义 许怒 庄2006 2012 DissociationCrossSection gluondissociationcrosssectioncalculatedbyOPE Bhanot Peskin 1999 atfinitetemperature weusetheclassicalrelation iscalculatedthrou
13、ghtheSchroedingerequation regenerationrateisdeterminedbythedetailedbalance J dissociationrate 21 RHIC的实验结果验证了我们的理论预言 QM2011France LHC将测量我们预言的非零椭圆流 ALICE很快将有结果 QM2011 LHC RHIC LHC的实验结果验证了我们的理论预言 NN2012USA LHC的实验结果验证了我们的理论预言 NN2012USA LHC的实验结果验证了我们的理论预言 NN2012USA LHC的实验结果验证了我们的理论预言 NN2012USA 28 Averag
14、edTransverseMomentum WearewaitingforthedatafromLHCQM2012USA 结论与展望 LatticeQCD计算表明相变是一个Crossover 温度为170MeV RHIC的相对论重离子碰撞实验发现了产生强耦合夸克胶子等离子体的信号 人们希望在LHC最后抓住夸克胶子等离子体 高密QCD超流与超导的理论研究还有困难 和致密星体与中能重离子碰撞的联系尚不清楚 但表现出与凝聚态和ColdAtomGas相似的性质 革命尚未成功 同志仍需努力 大事物由小事物组成甚至是更小的 要想认识最小的我们也需要知道最大的 一切都取决于真空无论何时何地 微观的事物怎能与宏
15、观相分离 真空其实是一种凝聚破坏了和谐 如此我们方可洞穿不对称中的对称 要想认识最小的 需要认识最大的李政道ColumbiaUniversity NewYork NY10027 LargethingsaremadeofsmallAndevensmaller ToknowthesmallestWeneedalsothelargestAlllieinvacuumEverywhenandeverywhere HowcanthemicroBeseparatefromthemacro LetvacuumbeacondensateViolatingharmonyWecanthenpenetrateThroughasymmetryintosymmetry
