夸克物质的色介电函数及喷注在介质中的感应现象

论文摘要

量子色动力学（QCD）预测在高温高密下,强子物质会发生退禁闭相变,形成一种新的物质形态——夸克胶子等离子体（QGP）。理论研究表明,采用相对论重离子碰撞的实验手段,在很小的空间范围内可以达到、超过退禁闭相变发生时的临界温度Tc。相对论重离子对撞机（RHIC）于2000年建成投入运行,至今已经取得很重要的发现。虽然目前还存在着争议,但很多物理学家认为在RHIC上已经产生了QGP。不过与人们所预测的弱耦合的QGP不同,而是一种低粘滞强相互作用的近理想QGP流体。因此,对QGP性质的认识了解还有待进一步的研究。本论文主要研究QGP的色介电函数、喷注在QGP中穿过时在介质中激发的感应现象。首先,我们简单地介绍RHIC上的一些重要发现,如椭圆流（v2）,喷注淬火（jet quenching）,双强子方位角关联等。随后介绍研究夸克物质的理论基础,包括有限温度场论、动力论、流体力学等等。在硬热圈重求和方法下,我们计算了QGP中硬胶子极化导致的介电函数。结果显示介电函数的实部在类空区间有非平庸的极值结构,对应实部出现极值结构的w/k处,虚部也表现出共振吸收行为。这意味着重求和计算的介电函数在此区间的极值表现同类空区间的一种能量交换机制一朗道阻尼相关。重求和计算的贡献主要来自于胶子的自相互作用,也就是三胶子、四胶子相互作用。这些非线性非阿贝尔相互作用会导致QGP中的非线性朗道阻尼,从而决定了介电函数实虚部在此区间的性质。应用硬热圈重求和方法得到的介电函数,在线性响应理论下,我们讨论了快速部分子穿过QGP时引起的尾迹势（wake potential）。在向后方向上,当快速部分子速度为v=0.55c时,尾迹势是Lennard-Jones势；而v=0.99c时,尾迹势表现出明显的振荡行为。而在向前方向上,无论v=0.55c还是v=0.99c,都是改进的库伦势。相比于用硬热圈近似的介电函数计算的结果,来自于重求和计算的非线性非阿贝尔效应显著增加了尾迹势在向前—向后方向上的不对称性。详细的讨论表明,尾迹结构的特征性质主要由介电函数的虚部决定。当QGP中有切向粘滞时,根据动力论方程和切向粘滞修正的分布函数,我们推导出粘性色流体力学方程；并根据这些方程求解出极化张量和介电函数。当η/s很小时,如1/4π,介电函数的实部轻微地偏离理想色流体η/s=0的结果。随着η/s的增大,它们之间的偏离逐渐变大。同时,介电函数的虚部也表现出类似的性质。另外,在一些确定的模式w/k下,实部或虚部中所有的粘性曲线和理想曲线都相交于一点。这意味着在这些模式下,介电函数的实部或虚部跟切向粘滞无关。我们应用粘性色流体方程计算的粘性介电函数,在线性响应近似下,计算了快速部分子在粘性QGP中运动时引起的尾迹势。通过介电函数,切向粘滞影响着尾迹势。数值结果表明,切向粘滞对尾迹势的影响跟快速部分子的运动速度相关系。v=0.99c时,相比于理想色流体力学的结果,粘滞效应使尾迹势的振荡行为变得更加显著。而当v=0.55c时,从数值结果上来看,切向粘滞对尾迹势的影响非常微小,所有的粘性势曲线同理想曲线都重叠在一起,所有的曲线间没有明显的差异。结合切向粘滞对介电函数的影响,以及介电函数对尾迹势的决定性作用,我们讨论解释了这种粘滞效应对尾迹势的速度相关的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 第二章 理论基础
• §2.1 有限温度场理论
• §2.1.1 有限温度热传播子
• §2.1.2 有效微扰论——硬热圈重求和方法
• §2.2 动力论
• §2.2.1 波尔兹曼动力论
• §2.2.2 QCD半经典动力论
• §2.3 相对论流体力学
• §2.3.1 相对论流体力学的基本形式
• §2.3.2 从动力论到流体力学
• §2.3.3 理想色流体力学
• 第三章 QGP的介电函数
• §3.1 引言
• §3.2 胶子有效自能和QGP介电函数
• §3.3 数值结果和讨论
• §3.4 总结
• 第四章 快速部分子激发的尾迹势
• §4.1 引言
• §4.2 QGP的线性响应理论和重求和尾迹势
• §4.3 数值结果和讨论
• §4.4 总结
• 第五章 粘性QGP的介电函数
• §5.1 引言
• §5.2 粘性色流体力学方程
• μv和介电函数ε_L'>§5.3 极化张量Π^μv和介电函数ε_L
• §5.4 数值结果
• §5.5 总结
• 第六章 粘性QGP中的尾迹势
• §6.1 简介
• §6.2 粘性QGP中的尾迹势
• §6.3 数值结果和讨论
• §6.4 总结
• 第七章 总结与展望
• 参考文献
• 完成工作列表
• 致谢