RHIC中夸克-胶子等离子体中夸克-强子相变的理论研究

摘要

核子粒子的费米动量总是大于QCD尺度，这使得夸克和胶子的子结构大体相同。在某个温度下，核物质具有核子和热辐射。在热平衡时，强子密度是化学势能和二阶贝塞尔函数。QGP的一阶相变是液气型相变，是强耦合到弱耦合的QGP相变。在某些弱耦合极限下，剪切黏度与熵的比值很大，这意味着夸克胶子等离子体具有强烈的椭圆流和径向流

关键字

夸克胶子等离子体，强子密度，剪切粘度与熵比，夸克化学势，相变

介绍

介质相变的阶数是一个基本的热力学特征。相变可以是一阶或二阶，这取决于热力学极限内热力学势的一阶或二阶导数。一阶相变为固-液相变，液相-气相变为二阶相变。如果核物质在零温度下基态具有特定的重子密度，则核物质的二阶相变是可能的[1］．无限核物质的温度和夸克势基态值为(T，μ)=(0,310) MeV [2］．当温度约为10 MeV时，在终点发生二级相变。强子相存在，物质在(T，μ)≈(170,350)[3.］．对于较低的净重子密度或较小的夸克化学势，这种转变就变成了交叉。这种交叉并没有显示强子相和QGP相之间的真正分离，但涨落发生在临界点附近[2］．对这些涨落的研究可以揭示一阶相变和二阶相变的一些特征性质。最后，夸克物质在大夸克化学势和低温下是彩色凝聚物[4］．

相对于核物质的液态到气态的一阶跃迁证实了重子密度在核物质基态时有特定的值，即使温度为零。当夸克化学势值小于350 MeV，温度约为170 ~ 175 MeV时，强耦合等离子体发生在强子相。二阶相的温度与一阶转变相同，但夸克化学势的大小约为240 MeV [5，6］．除了一阶和二阶，当夸克化学势(或者说是较低的重子密度)较低且温度变大时，转变就变成交叉。在这种交叉过渡中，强子物质和夸克胶子等离子体的界线无法区分。从理论角度看，在临界点或过渡和交叉的终点附近会出现较大的波动。因此，研究临界点处的涨落具有相变顺序的一些定性特征。当夸克化学势μ小于(300-350)MeV，温度T小于QCD尺度ΛQCD时，核物质为强子气体。在胶子介质的夸克化学势较大时，夸克物质趋向于颜色凝聚。

夸克-强子相变

一个叫做粒子费米动量的重要热力学参数可以考虑描述二阶相变的唯一部分[7］．动量在费米面上的粒子只能弹性地散射。当费米动量大于大约170 MeV的QCD尺度时，核子自散射使夸克和胶子子结构在核水平上减小。在一定的温度值下，无论大小，核物质都由核子和热强子组成。在热力学平衡的系统中，强子密度是一个指数函数，与质量米_我，化学势μ_我和二阶K的贝塞尔函数₂修改后的形式即。

该关系式表明，胶子介质中强子粒子的密度与核子粒子质量的立方成正比。对于夸克化学势为350 MeV，温度为175 MeV的强子体系，强子密度是恒定的，因此核物质是由强子组成的气体。

qgp -强子相变为液气型一阶相变。RHIC实验已经用不同的方法证明了所观测到的夸克-胶子等离子体的粘度是非常小的。冷原子气体为研究弱耦合到强耦合的夸克胶子等离子体的交叉提供了途径。夸克和胶子在自由气体状态下提供了一个状态方程。RHIC碰撞初始阶段的晶格QCD计算表明，80%左右的自由气体极限由气体的压力和能量密度围合，这与一阶摄动修正相一致。这表明QGP具有较强的椭圆流和径向流。在弱耦合极限下，剪切黏度与熵的比值反等于耦合常数的四次方。结果表明，弱耦合夸克胶子等离子体的比值很大。在较低的基态密度和较低的温度下，核子出现混合相。

结论

强子的密度直接等于质量的立方核胶子介质的颗粒。在RHIC相变温度下，强子密度呈指数增长。当夸克化学势μ小于(300 ~ 350)MeV，温度T小于QCD尺度时，核物质为强子气体。在胶子介质的夸克化学势较大时，夸克物质趋向于颜色凝聚。

鸣谢

作者之一(Rakesh Kumar)，感谢G.L. Sawhney博士在理解相变现象顺序方面的支持。本文的理论工作得到了NIMS大学物理系的支持，物理系、ARSD学院和德里大学可能的合作。

参考文献

1. 温热、不对称核物质的Serot相变。物理学报1995;52:2072-2091。
2. Dirk H, Rischke。平衡中的夸克-胶子等离子体。掠夺。部分。诊断。学报。2004;52:197 - 296。
3. 夸克-胶子相变的样本记录。
4. SN Ruester。中性夸克物质的相图。
5. 稀原子蒸汽中玻色-爱因斯坦凝聚的观测。科学通报，1995;
6. 具有吸引相互作用的原子气体中的玻色-爱因斯坦凝聚的证据。物理学报，1995;
7. Subir S. Fermi液体及其相变，第2版，第18章，剑桥大学出版社，马萨诸塞州:2011。