量子色动力学凝聚态物理市公开课金奖市赛课一等奖课件

量子色动力学凝聚态物理王群中国科技大学/近代物理系.4第1页第1页量子色动力学核力(强作用力)是自然界四种基本力之一夸克和胶子构成核子，强作用力基本粒子量子色动力学:强作用基本理论基本特性:夸克禁闭(没有自由夸克和胶子)(04’诺贝尔物理奖)克雷研究所：新千年七大数学物理难题之一(＄1,000,000)禁闭问题处理，将使我们对核力结识与控制能力有质奔腾第2页第2页两种哲学还原vs出现(ReductionvsEmergence)还原：出现(MoreIsDifferent–P.W.Anderson)波粒二相性：粒子起源波起源，多粒子体系自组织产生准粒子或元激发第3页第3页还原主义和出现主义QCD还原主义QCD：夸克和胶子作为点粒子出现主义QCD：QCD凝聚态，夸克和胶子作为准粒子或集体激发，其动力学与真空中不同第4页第4页还原主义和出现主义弦论还原主义弦论：所有基本粒子都是弦激发出现主义弦论：各种波动场(光子，狄拉克费米子，引力子)都是弦网凝聚态激发(X.-G.Wen,…)第5页第5页禁闭解除-夸克物质新物态◆

压缩和加热核物质能够使夸克解除禁闭

(李政道,1974;Collins&Perry,1975)◆

宇宙中存在夸克物质状态▲致密星体内部存在夸克物质▲大爆炸最初几秒钟高密夸克物质高温夸克物质第6页第6页重核碰撞:高温夸克物质核变成非常扁圆盘Lorentz收缩因子g=100两核互相穿越穿越时间<1fm/c猛烈横向膨胀产生高温最后阶段:较大体积内冷凝Au+Au对心碰撞40x1012eV~6micro-Joule人类听力灵敏度~10-11erg=10-18Joule高温：万亿度()，能够把核子溶化第7页第7页RecordedSmallBang(RHIC-STAR)Endviewofacollisionoftwo30-billionelectron-voltgoldbeamsintheSTARdetectorattheRelativisticHeavyIonCollideratBrookhavenNationalLaboratory,Thebeamstravelinoppositedirectionsatnearlythespeedoflightbeforecolliding.(Courtesy:BrookhavenNationalLaboratory)第8页第8页致密星中低温夸克物质取自F.Weber,astro-ph/007155第9页第9页解禁闭相变路线图第10页第10页第11页第11页低温夸克物质基态:

色超导态色超导态：夸克之间两两配正确状态早期历史：Barrois(77’),Bailin&Love(84’)研究热潮：MIT组(98’),StonyBrook组(98’)，色味耦合态色超导态相结构非常丰富,夸克有两个新自由度：颜色和味道第12页第12页超导态基本性质水银超导电性温度(K)I类II类磁涡旋电阻两个基本长度或能标:穿透长度:相干长度:

无耗散性迈斯纳效应第13页第13页能隙-色超导能标之一无耗散性:小扰动不足以激发准粒子第14页第14页得到了超导态主要尺度或能标-迈斯纳效应穿透长度使用了一个新方法计算了胶子和光子混合模式(类似于弱电统一理论中光子-W/Z混合)新光子在颜色-自旋耦合相中有质量→有电磁Meissner效应，(与以往结论是不同)自旋为1色超导体是第一类超导体迈斯纳质量-色超导能标之二第15页第15页第16页第16页第17页第17页第18页第18页第19页第19页第20页第20页S=0配对2-flavorSC(2SC)Bailin,Love(1984)Color-flavor-locking(CFL)Alford,Rajagopal,Wilczek(1984)第21页第21页S=1配对PolarphaseSchafer()Color-spin-locking(CSL)Bailin,Love(1984)Schafer()第22页第22页Pairbreaking?不对称配对rarecaserealcaseincolddensequarkmatter摘自黄梅汇报第23页第23页

urugubdgdrdb化学平衡和电中性色中性条件摘自黄梅汇报第24页第24页弱耦合近似下能隙Son(1999);Pisarski,Rischke();Brown,Liu,Ren();Rischke,Wang()DependingonphasesCharacteristicofCSC第25页第25页能隙(结果)2SCCFLCSLpolarspin001110.570.57Two-gapstructurebreaksBCS-ratioExponentialsuppressionfactorinCSLfromangularintegral(Zerotemperature)(transitiontemperature)Schmitt,Wang,Rischke,PRD()第26页第26页MixingofgluonandphotoninCSCNewelectricchargeand8thcolorchargeNewphotonandgluonNewcouplingconstant光子与胶子迈斯纳质量第27页第27页与弱电模型比较第28页第28页计算办法Nambu-Gorkovbasis:Calculatepolarizationtensordiagonalization第29页第29页第30页第30页Rotatedphotoncanpenetrateinto2SCandCFL:noEMMeissnereffectRotatedphotoninCSLphaseshasanon-vanishingmass:EMMeissnereffectSince,inweakcouplings,spin-1color-superconductor(CSLorpolarphase)atype-Isuperconductor迈斯纳质量：结果总结Schmitt,QW,Rischke,PRL()第31页第31页色超导与电超导比较第32页第32页强耦合与弱耦合色超导强耦合(BEC)情形弱耦合(BCS)情形第33页第33页BEC和BCS配对差别fermionicbosonicEbTdependenceEF

dependence

T

independentEFindependent第34页第34页模型计算结果能隙和有效化学势费米子和玻色子数密度x是BEC-BCS转换参数x<0,BCS区域X>0,BEC区域Deng,Schmitt,Wang,nucl-th/0611097第35页第35页模型计算结果第36页第36页费米与玻色量子液体AtomicsystemsAtomicBEC(1995):WeaklyinteractingbosegasFermionicatomgasCondensedmattersystemSuperconductor(1911)4He(1937),3He(1971)High-Tcsuperconductor(1987)1021cm-31012cm-31nK100KDensityTemp.Tobridgedifferentregimes…WeakinteractiontostronginteractionBosonstoFermionsandviceversa第37页第37页试验装置Efficientloadingintotheopticaltrap:~107thermalatomsTimeEvolutionAbsorptionimages第38页第38页新思想:规范场/弦相应RHIC结果表明QGP是强耦合抱负流体，sQGP。sQGP