最新刊期
      2023 年 第 46 卷 第 4 期

        QCD相图和临界点专刊

      • 相对论重离子碰撞中QCD相图的实验研究 封面论文 增强出版 AI导读

        “在高能物理领域，美国布鲁克海文国家实验室的RHIC-STAR实验取得新进展，为寻找QCD相变临界点提供新线索。”
        张宇,张定伟,罗晓峰
        2023, 46(4): 040001. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.040001
        摘要：量子色动力学（Quantum Chromodynamics，QCD）相图结构和相变临界点是高能物理理论和实验的研究热点。相对论重离子碰撞是探索QCD相图结构、寻找QCD相变临界点的有力工具。美国布鲁克海文国家实验室的相对论重离子对撞机（Relativistic Heavy Ion Collider，RHIC）是目前世界上进行高能重离子碰撞的大型实验装置之一，其中的STAR（Solenoidal Tracker at RHIC）实验致力于高温高密条件下夸克胶子等离子体（Quark Gluon Plasma，QGP）性质以及QCD相结构的实验研究。本文着重介绍近年来RHIC-STAR能量扫描实验中运用守恒荷高阶矩和轻核产生寻找QCD相变临界点的研究进展，最后将对高重子密度区QCD相结构的未来研究做出展望。  
        关键词：QCD相图;相对论重离子对撞;QCD临界点;守恒荷涨落;轻核产生   
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        发布时间：2024-10-25

      • 临界现象与泛函重整化群 增强出版 AI导读

        “在量子色动力学相变研究中，泛函重整化群取得进展，计算了临界指数，探讨了重子数涨落。”
        尹诗,谈阳阳,付伟杰
        2023, 46(4): 040002. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.040002
        摘要：本文主要介绍了近年来泛函重整化群（Functional Renormalization Group，fRG）在量子色动力学（Quantum Chromodynamics，QCD）相变及其临界现象研究中的一些进展，主要侧重于与QCD的临界终点（Critical End Point，CEP）相关的非微扰临界指数的计算、重子数的涨落等。fRG是一种非微扰连续场论的理论方法，其基本思想是通过重整化群能标从高能向低能的演化，连续不断地将不同尺度的量子涨落以及热涨落积分到理论体系当中。本文讨论了非微扰有效势重整化群流方程和不动点方程的各种求解方法，包括泰勒展开、空间维数ε=4-d展开以及最近被提出的非局域势直接求解方法。还系统地讨论了与QCD的临界终点等临界现象密切相关的重子数的涨落，探讨了实验观测到的净质子数分布的峰度，也就是四阶矩随碰撞能量非单调依赖关系的可能原因。  
        关键词：QCD相结构;QCD临界终点;泛函重整化群;临界现象;相对论重离子碰撞   
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        发布时间：2024-10-25

      • 极强磁场与QCD相图 增强出版 AI导读

        “在极强磁场下量子色动力学相变研究中，科学家们取得了新进展，揭示了手征对称性破缺、恢复等相变背后的物理机制，并建立了T-B、E-B等相图。”
        曹高清
        2023, 46(4): 040003. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.040003
        摘要：本文总结了极强磁场下量子色动力学（Quantum Chromodynamics，QCD）相变的研究现状和许多新进展，包括格点QCD和有效手征模型的计算结果。涉及的QCD相如下：手征对称性破缺、手征对称性恢复、非均匀手征相、π0凝聚、π超流、ρ凝聚以及色超导。除了强磁场B外，这些相的实现和相互转化还要同时考虑其他效应的共同作用，比如温度T、强电场E、各种化学势μ或转动角速度Ω等。与之对应，介绍一些由磁场和这些物理参量共同张成的相图：T-B相图、E-B相图、μB-B相图、μI-B相图以及Ω-B相图，并阐述相变背后的物理机制。  
        关键词：极强磁场;QCD相变;相图;反磁催化;π凝聚;ρ超导   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在相对论重离子碰撞实验中，初步探测到净质子数涨落的非单调行为，暗示QCD临界点的存在。为确定临界点，发展了一系列动力学模型，取得重要进展。”
        吴善进,宋慧超
        2023, 46(4): 040004. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.040004
        摘要：探寻量子色动力学（Quantum Chromodynamics，QCD）相图的临界点是相对论重离子碰撞实验低能量扫描（Beam Energy Scan program in Relativistic Heavy-Ion Collisions，RHIC-BES）项目的重要实验目标。初步的实验探测发现了净质子数涨落随着对撞能量的非单调行为，定性上符合基于静态模型的理论预言，这暗示着QCD临界点的存在。由于相对论重离子碰撞是一个高速膨胀的体系，动力学效应能显著地改变QCD临界点附近的临界涨落。为最终确定QCD临界点的存在以及研究QCD在有限温有限密区域的相结构，人们发展了一系列QCD临界点附近的动力学模型。本文回顾了近年来关于寻找QCD临界点在实验测量和理论模型的进展，着重强调在临界点及一级相变区域动力学模型的发展和挑战。  
        关键词：QCD相图及相变;相对论重离子碰撞低能量扫描;动力学模型   
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        发布时间：2024-10-25

      • QCD临界终点与重子数扰动 增强出版 AI导读

        “在高能物理领域，科学家利用3味PNJL模型，研究了重离子对撞中净质子数扰动行为，为寻找量子色动力学临界终点提供新线索。”
        许坤,黄梅
        2023, 46(4): 040005. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.040005
        摘要：相对论性重离子对撞的目的之一是寻找量子色动力学（Quantum Chromodynamics，QCD）临界终点（Critical End Point，CEP），实验中测到的净质子数扰动呈现出非单调的行为，这暗示了CEP的存在。本文使用了3味PNJL（Polyakov-loop Nambu-Jona-Lasinio）模型，沿着从实验数据中拟合的化学冻结线，计算了重子数扰动累积量之比C4/C2随对撞能量的变化。结果发现，基于平衡态假设，在对撞能量7.7~200 GeV范围内，随着对撞能量的降低，C4/C2先缓慢下降后上升，这与实验数据一致。这也暗示平衡态假设可以用于探索重离子对撞后系统的演化行为，揭示了相变线跟化学冻结线的关系对观测量的影响非常重要。  
        关键词：QCD相图;临界终点;重离子对撞;重子数扰动   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在量子色动力学领域，专家分析了实验数据中的非临界涨落、有限系统尺度和非平衡演化的影响，为确定相变临界点和相边界提供重要指导。”
        吴元芳,李笑冰,陈丽珠,李治明,许明梅,潘雪,张凡,张雁华,钟昱明
        2023, 46(4): 040006. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.040006
        摘要：为了从相对论重离子碰撞实验确定量子色动力学（Quantum Chromo-dynamics，QCD）所预言的相变临界点和相边界，必须考虑实验数据中非临界涨落、有限系统尺度、有限演化时间的影响。本文综述了这三方面工作的主要内容、结果和意义。对于非临界涨落，主要讨论了由于有限事件数对观察量测量的影响，估计了在相对论重离子对撞机（Relativistic Heavy-Ion Collider，RHIC）能量扫描区，精确测量高阶守恒荷高阶矩所需要的事件数。提出用泊松分布描述有限末态粒子数所致的统计涨落，将统计涨落和实验结果比较，发现统计涨落贡献为主，必须扣除泊松主导的统计涨落。提出混合事件方法，定义动力学累积矩为原始样本的累积矩减去混合样本的累积矩，利用多相输运模型（A Multiphase Transport Model，AMPT）的default模型重建了一个与之相对应的混合事件样本，结果表明：动力学累积矩确实能很好地扣除泊松样的统计涨落，尤其是中心度bin宽度和探测器效率的影响。对于有限系统尺度的影响，利用三维三态Potts模型研究了各种有限系统尺度下，它的磁化强度的高阶感应率在一级相变、临界点，以及平滑过渡区域的行为。发现在固定外场，穿越相边界的时候，从二阶到六阶磁化率都会出现非单调行为，或符号的变化，而且在三个相变区域，非单调行为类似。因此，仅从非单调行为不能区分不同级数的相变。进一步研究了磁化率的有限尺度标度行为，它们的标度指数在不同级数相变中是不一样的，可以区分不同级数的相变。根据观测量的有限尺度标度性，给出了用固定点确定临界参数的定量方法，并将该方法应用到三维三态Potts模型模拟产生的数据分析，展示了方法的精确有效性。对于非平衡演化的影响，采用Metropolis算法模拟了三维Ising模型在临界点附近从非平衡到平衡的演化过程。发现其序参量在演变过程中以指数形式趋近其平衡值，这与动力学朗之万方程给出的结果相同。临界温度下的平均弛豫时间随系统尺度的z次幂发散，表明它能很好地表示动力学方程中的弛豫时间。非平衡演化过程中序参量的三阶矩和四阶矩会出现正、负值震荡，符号取决于观测时间，结果与平滑过渡区动力学模型一致。研究还发现，在平滑过渡区，非平衡演化持续时间非常短，非平衡对观察量的影响非常弱；但是在一级相变线上，非平衡弛豫的时间非常长，非平衡豫影响不可忽略。这些定性特征对实验确定QCD的临界点和相边界具有重要的指导意义。  
        关键词：相对论重离子碰撞;QCD相变;非临界涨落;有限系统尺度;非平衡   
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        发布时间：2024-10-25

      • QCD相结构的全息模型研究 增强出版 AI导读

        “在高能重离子碰撞物理领域，研究者基于AdS/QCD对偶，探究了化学势和角速度对QCD临界点的影响。研究发现，化学势减小了临界转速，角速度降低了化学势和相变温度。”
        朱洲润,赵彦清,侯德富
        2023, 46(4): 040007. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.040007
        摘要：探寻量子色动力学（Quantum Chromodynamics，QCD）相结构一直是高能重离子碰撞物理研究的重要目标。近年来，转动背景下的QCD相变引起了研究者们的关注。本文基于AdS/QCD对偶，研究了化学势、角速度对QCD临界点的影响。研究发现：化学势减小了临界转速ωc，角速度降低了µc和相变温度。我们通过计算一些可以表征QCD相变的探针，如拖曳力、扩散系数、喷注淬火参数和J/ψ的谱函数，发现喷注淬火参数和拖曳力在相变温度附近有增强，峰值所对应的温度随着化学势的增加降低，这与相图中相变温度随化学势增加而降低相对应。谱函数的结果表明，磁场促进重介子的溶解，使末态J/ψ产额的压低更明显。我们研究了早期宇宙QCD全息相变产生的引力波，发现胶子凝聚抑制了引力波的能量密度，峰值频率位置随着胶子凝聚增加而下降。  
        关键词：相变;能量损失;谱函数;引力波   
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        发布时间：2024-10-25

      • 强磁场下的格点QCD研究进展 增强出版 AI导读

        “在强磁场下量子色动力学性质研究领域，专家综述了格点量子色动力学的最新进展，为理解QCD相结构提供新视角。”
        丁亨通,李胜泰,刘俊宏
        2023, 46(4): 040008. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.040008
        摘要：本文综述了近期利用格点量子色动力学对强磁场下量子色动力学（Quantum Chromodynamics，QCD）性质的研究进展。首先介绍了在格点上如何引入磁场，重点阐述零温下QCD的手征性质、QCD相转变温度及反磁催化，以及强磁场下QCD相结构，最后给出总结。  
        关键词：强磁场;格点量子色动力学;相结构;手征性质   
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        发布时间：2024-10-25

      • 基于有效场论的QCD相图研究 增强出版 AI导读

        “量子色动力学相图研究取得新进展，专家利用有效场论方法，为致密星体研究提供新思路。”
        杜轶伦,李程明,史潮,徐书生,严妍,张正
        2023, 46(4): 040009. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.040009
        摘要：量子色动力学（Quantum Chromodynamics，QCD）相图是高能核物理领域研究的前沿热点。本文基于有效场论的方法，包括Nambu-Jona-Lasinio模型和Dyson-Schwinger方程等，介绍了近期QCD相图研究的多方面进展，包括利用高阶磁化率寻找相变信号，手征不平衡、有限体积和旋转等对相图的影响，以及QCD物态方程在致密星体中的应用。研究发现，重子数高阶涨落的理论结果与实验测量的质子数高阶矩可以较好地符合；手征不平衡、有限体积和旋转对手征凝聚和相图结构都有一定的影响；从有效场论的QCD物态方程出发，可以给出符合脉冲星观测的结果。  
        关键词：QCD相图;高阶涨落;手征不平衡;有限体积;旋转;致密星   
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        发布时间：2024-10-25

      • BEST合作组QCD相图研究进展 增强出版 AI导读

        “能量扫描理论合作组在强相互作用相图研究领域取得重要进展，为探索中高密度区相图提供新方向。”
        尹伊
        2023, 46(4): 040010. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.040010
        摘要：能量扫描理论合作组（Beam Energy Scan Theory Collaboration，BEST）的目标是建立一个可以描述美国相对论重离子对撞机（Relativistic Heavy-Ion Collider，RHIC）上第二期能量扫描实验的动力学框架。该实验有可能找到强相互作用相图上的临界点。本文总结自2016年起，BEST合作组取得重要进展，并对未来探索中高密度区相图做了展望。  
        关键词：量子色动力学（Quantum Chromodynamics，QCD）相图;相对论重离子对撞;QCD临界点;涨落;动力学模型   
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        发布时间：2024-10-25

      • 涡旋场中的强作用物质相变 增强出版 AI导读

        “核物理领域取得新进展，专家深入研究强作用物质相结构，为理解重离子碰撞和中子星观测提供重要线索。”
        姜寅,廖劲峰
        2023, 46(4): 040011. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.040011
        摘要：强作用物质相结构的研究是核物理里一个非常活跃的前沿领域，对于理解相对论重离子碰撞实验和中子星观测有重要意义。传统的相结构研究集中于高温度和高密度所带来的物性变化，特别是相关的相变过程，比如手征恢复相变、色超导相变等。近年的实验和理论研究表明，非对心重离子碰撞系统携带很大的初始角动量从而产生极强的流体涡旋场。这带来了涡旋场中的强作用物质性质的一系列重要问题，对它们的探索产生了许多新颖结果。特别是在强作用物质相变方面，基于转动参考系的热场计算得到了发展，并结合平均场近似对相关的手征相变、色超导相变、高同位旋下的超流相变等现象作了深入研究，发现了涡旋场对相边界的影响以及其所带来的丰富相结构。  
        关键词：相对论重离子碰撞;夸克胶子等离子体;流体涡旋;自旋极化;手征相变;色超导   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在量子色动力学领域，科学家通过重离子碰撞实验，利用轻核产额比值探测非连续相变信号，为理解宇宙演化等前沿问题提供理论依据。”
        孙开佳,陈列文,Ko Che Ming,李峰,徐骏,许长补
        2023, 46(4): 040012. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.040012
        摘要：寻找量子色动力学（Quantum Chromodynamics，QCD）相变信号是当前重离子碰撞实验的一个基础科学目标，对理解强相互作用物质的性质、大爆炸初期的宇宙演化、超新星的爆发机制、致密星的内部结构以及双中子星并合产生的引力波等重要前沿问题都具有重要意义。当重离子碰撞中发生非连续QCD相变时，引发的强相互作用物质的密度涨落与关联可以通过轻原子核的产额观察量来探测。核子间的多体关联决定了重离子碰撞中轻核的产额。特别地，基于核子并合模型对于轻核产额的计算表明质子（p）、氘核（d）和氚核（t）的产额比值NtNp/Nd2敏感于核子密度涨落与关联，是一个较好的寻找QCD相变信号的可观测量。进一步，基于输运模型对于重离子碰撞中的手征相变的模拟发现，当系统的相轨迹经过一阶相变区域时，轻核产额比值NtNp/Nd2有明显增加。这些结果为利用重离子碰撞中的轻核产生寻找QCD相变提供了理论依据。  
        关键词：重离子碰撞;QCD相变;轻核产生;并合模型;临界涨落   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在高能物理领域，RHIC-STAR实验测量了Au+Au碰撞中净质子、净电荷和净K介子的多重数分布，发现净质子四阶累积量与二阶累积量之比呈现出非单调的能量依赖性行为。”
        陈倩,马国亮,陈金辉
        2023, 46(4): 040013. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.040013
        摘要：相对论重离子对撞机（Relativistic Heavy Ion Collider，RHIC）-STAR（Solenoid Tracker at RHIC）实验测量了sNN=7.7~200 GeV能量下Au+Au碰撞中的净质子（净重子的代表）、净电荷和净K介子（净奇异数的代表）多重数分布的累积量，发现净质子四阶累积量与二阶累积量之比（κσ2）呈现出了非单调的能量依赖性行为。在相对论重离子碰撞实验中只能测到末态粒子的信息。因此，基于多相输运（A Multi-Phase Transport，AMPT）模型对Au+Au碰撞系统中守恒荷（重子数、电荷数和奇异数）的涨落性质进行了研究，发现AMPT模型的结果基本能描述RHIC-STAR实验结果。更重要的是，利用AMPT模型了解了相对论重离子碰撞动力学演化过程中几个关键效应（守恒荷粒子的产生和扩散、强子化、强子再散射和弱衰变）对守恒荷涨落演化及其粒子关联函数的影响。发现正负电荷之间关联可能源于弦熔化机制，重子（质子）关联函数符合重子数守恒期望，奇异数（净K介子）的关联函数源于对产生，这些代表量与守恒荷的对应关系行为上定性一致，但数量不同。虽然AMPT模型目前缺乏临界涨落机制，但我们的结果可以为守恒荷涨落的研究提供一条基线，这有助于在相对论重离子碰撞中寻找量子色动力学（Quantum Chromodynamics，QCD）临界点（Critical End Point，CEP）附近可能的临界行为。初步在模型中考虑临界密度涨落，结果发现它起着一定的作用。  
        关键词：守恒荷;涨落;累积量;关联函数;QCD相变;临界点   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在高能重离子碰撞领域，科学家利用机器学习研究核物质状态方程、相变分类及临界点寻找，为解决符号问题提供新思路。”
        李甫鹏,庞龙刚,王新年
        2023, 46(4): 040014. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.040014
        摘要：高能重离子碰撞将夸克和胶子从原子核中释放出来，形成一种新的核物质形态，即解禁闭的夸克胶子等离子体（Quark-Gluon Plasma，QGP）。研究普通核物质或强子共振气体到夸克胶子等离子体的相变，需要在超级计算机上数值求解格点量子色动力学（Quantum Chromodynamics，QCD）。但是，格点QCD只能给出零重子化学势以及附近可泰勒展开区域的核物质状态方程，并预测这种条件下QGP到强子共振气体之间的相变为平滑过渡。在不能做泰勒展开的有限重子化学势区域，格点QCD会遭遇著名的符号问题，无法给出有效的核物质状态方程以及QCD相变类型。本文综述了利用机器学习在核物质状态方程、相变分类以及临界点寻找方面的研究。这些研究大致分为两类：第一类在高能重离子碰撞实验数据以及相对论流体力学模拟和分子动力学模拟中，利用核碰撞末态粒子分布来确定核物质状态方程以及相变种类；另一类是利用机器学习直接帮助格点QCD的采样，解决有限密系统中的符号问题。  
        关键词：重离子碰撞;机器学习;QCD相变;深度神经网络;Ai4Science   
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        发布时间：2024-10-25
      • “量子色动力学研究取得新进展，DSE方法预测了手征相变临界终点位置，为重离子对撞实验提供指导。”
        高飞,刘玉鑫
        2023, 46(4): 040015. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.040015
        摘要：量子色动力学（Quantum Chromodynamics，QCD）在有限温度有限密度平面内具有丰富的相结构，关于相边界曲线、临界终点（Critical Endpoint，CEP）的位置以及各相的热力学性质、状态方程等的研究是目前理论和实验上的重点问题，寻找QCD相变信号，特别是确定CEP的位置，成为了相对论性重离子对撞机当前和未来实验计划的主要目标。本文简要小结在QCD的戴森-施温格方程（Dyson-Schwinger equation，DSE）方法框架下，关于手征对称性恢复相变和退禁闭相变研究的进展和主要结果，着重介绍关于DSE的截断方案的探索和完善、QCD相变的手征磁化率判据和推广的施温格（Schwinger）函数判据、及由之确定的手征和禁闭两种相变的相图。DSE方法预言的手征相变的CEP位置大致位于（T，μB） （110，600） MeV，与泛函重整化群等方法预言的结果一致。这些结果对于重离子对撞实验搜寻CEP信号具有指导价值。  
        关键词：QCD相变;手征对称性动力学破缺;解禁闭;戴森-施温格方程;手征磁化率   
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        发布时间：2024-10-25
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