量子色動力學凝聚態(tài)物理市公開課金獎市賽課一等獎?wù)n件

量子色動力學凝聚態(tài)物理王群中國科技大學/近代物理系.4第1頁第1頁量子色動力學核力(強作用力)是自然界四種基本力之一夸克和膠子構(gòu)成核子，強作用力基本粒子量子色動力學:強作用基本理論基本特性:夸克禁閉(沒有自由夸克和膠子)(04’諾貝爾物理獎)克雷研究所：新千年七大數(shù)學物理難題之一(＄1,000,000)禁閉問題處理，將使我們對核力結(jié)識與控制能力有質(zhì)奔騰第2頁第2頁兩種哲學還原vs出現(xiàn)(ReductionvsEmergence)還原：出現(xiàn)(MoreIsDifferent–P.W.Anderson)波粒二相性：粒子起源波起源，多粒子體系自組織產(chǎn)生準粒子或元激發(fā)第3頁第3頁還原主義和出現(xiàn)主義QCD還原主義QCD：夸克和膠子作為點粒子出現(xiàn)主義QCD：QCD凝聚態(tài)，夸克和膠子作為準粒子或集體激發(fā)，其動力學與真空中不同第4頁第4頁還原主義和出現(xiàn)主義弦論還原主義弦論：所有基本粒子都是弦激發(fā)出現(xiàn)主義弦論：各種波動場(光子，狄拉克費米子，引力子)都是弦網(wǎng)凝聚態(tài)激發(fā)(X.-G.Wen,…)第5頁第5頁禁閉解除-夸克物質(zhì)新物態(tài)◆

壓縮和加熱核物質(zhì)能夠使夸克解除禁閉

(李政道,1974;Collins&Perry,1975)◆

宇宙中存在夸克物質(zhì)狀態(tài)▲致密星體內(nèi)部存在夸克物質(zhì)▲大爆炸最初幾秒鐘高密夸克物質(zhì)高溫夸克物質(zhì)第6頁第6頁重核碰撞:高溫夸克物質(zhì)核變成非常扁圓盤Lorentz收縮因子g=100兩核互相穿越穿越時間<1fm/c猛烈橫向膨脹產(chǎn)生高溫最后階段:較大體積內(nèi)冷凝Au+Au對心碰撞40x1012eV~6micro-Joule人類聽力靈敏度~10-11erg=10-18Joule高溫：萬億度()，能夠把核子溶化第7頁第7頁RecordedSmallBang(RHIC-STAR)Endviewofacollisionoftwo30-billionelectron-voltgoldbeamsintheSTARdetectorattheRelativisticHeavyIonCollideratBrookhavenNationalLaboratory,Thebeamstravelinoppositedirectionsatnearlythespeedoflightbeforecolliding.(Courtesy:BrookhavenNationalLaboratory)第8頁第8頁致密星中低溫夸克物質(zhì)取自F.Weber,astro-ph/007155第9頁第9頁解禁閉相變路線圖第10頁第10頁第11頁第11頁低溫夸克物質(zhì)基態(tài):

色超導態(tài)色超導態(tài)：夸克之間兩兩配正確狀態(tài)早期歷史：Barrois(77’),Bailin&Love(84’)研究熱潮：MIT組(98’),StonyBrook組(98’)，色味耦合態(tài)色超導態(tài)相結(jié)構(gòu)非常豐富,夸克有兩個新自由度：顏色和味道第12頁第12頁超導態(tài)基本性質(zhì)水銀超導電性溫度(K)I類II類磁渦旋電阻兩個基本長度或能標:穿透長度:相干長度:

無耗散性邁斯納效應第13頁第13頁能隙-色超導能標之一無耗散性:小擾動不足以激發(fā)準粒子第14頁第14頁得到了超導態(tài)主要尺度或能標-邁斯納效應穿透長度使用了一個新方法計算了膠子和光子混合模式(類似于弱電統(tǒng)一理論中光子-W/Z混合)新光子在顏色-自旋耦合相中有質(zhì)量→有電磁Meissner效應，(與以往結(jié)論是不同)自旋為1色超導體是第一類超導體邁斯納質(zhì)量-色超導能標之二第15頁第15頁第16頁第16頁第17頁第17頁第18頁第18頁第19頁第19頁第20頁第20頁S=0配對2-flavorSC(2SC)Bailin,Love(1984)Color-flavor-locking(CFL)Alford,Rajagopal,Wilczek(1984)第21頁第21頁S=1配對PolarphaseSchafer()Color-spin-locking(CSL)Bailin,Love(1984)Schafer()第22頁第22頁Pairbreaking?不對稱配對rarecaserealcaseincolddensequarkmatter摘自黃梅匯報第23頁第23頁

urugubdgdrdb化學平衡和電中性色中性條件摘自黃梅匯報第24頁第24頁弱耦合近似下能隙Son(1999);Pisarski,Rischke();Brown,Liu,Ren();Rischke,Wang()DependingonphasesCharacteristicofCSC第25頁第25頁能隙(結(jié)果)2SCCFLCSLpolarspin001110.570.57Two-gapstructurebreaksBCS-ratioExponentialsuppressionfactorinCSLfromangularintegral(Zerotemperature)(transitiontemperature)Schmitt,Wang,Rischke,PRD()第26頁第26頁MixingofgluonandphotoninCSCNewelectricchargeand8thcolorchargeNewphotonandgluonNewcouplingconstant光子與膠子邁斯納質(zhì)量第27頁第27頁與弱電模型比較第28頁第28頁計算辦法Nambu-Gorkovbasis:Calculatepolarizationtensordiagonalization第29頁第29頁第30頁第30頁Rotatedphotoncanpenetrateinto2SCandCFL:noEMMeissnereffectRotatedphotoninCSLphaseshasanon-vanishingmass:EMMeissnereffectSince,inweakcouplings,spin-1color-superconductor(CSLorpolarphase)atype-Isuperconductor邁斯納質(zhì)量：結(jié)果總結(jié)Schmitt,QW,Rischke,PRL()第31頁第31頁色超導與電超導比較第32頁第32頁強耦合與弱耦合色超導強耦合(BEC)情形弱耦合(BCS)情形第33頁第33頁BEC和BCS配對差別fermionicbosonicEbTdependenceEF

dependence

T

independentEFindependent第34頁第34頁模型計算結(jié)果能隙和有效化學勢費米子和玻色子數(shù)密度x是BEC-BCS轉(zhuǎn)換參數(shù)x<0,BCS區(qū)域X>0,BEC區(qū)域Deng,Schmitt,Wang,nucl-th/0611097第35頁第35頁模型計算結(jié)果第36頁第36頁費米與玻色量子液體AtomicsystemsAtomicBEC(1995):WeaklyinteractingbosegasFermionicatomgasCondensedmattersystemSuperconductor(1911)4He(1937),3He(1971)High-Tcsuperconductor(1987)1021cm-31012cm-31nK100KDensityTemp.Tobridgedifferentregimes…WeakinteractiontostronginteractionBosonstoFermionsandviceversa第37頁第37頁試驗裝置Efficientloadingintotheopticaltrap:~107thermalatomsTimeEvolutionAbsorptionimages第38頁第38頁新思想:規(guī)范場/弦相應RHIC結(jié)果表明QGP是強耦合抱負流體，sQGP。sQGP