有誰能給我 大學(xué)里 要求寫的 議論文的 范文嗎
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有誰能給我 大學(xué)里 要求寫的 議論文的 范文嗎【專家解說】:大學(xué)本科畢業(yè)論文標(biāo)準(zhǔn)格式×××××三號(hào)黑體)學(xué) 號(hào):(××××××××三號(hào)黑體)指導(dǎo)教師:(××××××××三號(hào)
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例子
http://nyj.ziyang.gov.cn/display.asp?id=678
原子核和強(qiáng)相互作用物質(zhì)的相變[1]劉玉鑫,穆良柱,常雷
1.北京大學(xué)物理系, 北京100871
2.北京大學(xué)重離子物理教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京100871
3.重離子加速器國(guó)家實(shí)驗(yàn)室理論核物理中心,蘭州730000
摘要:簡(jiǎn)要回顧原子核和強(qiáng)相互作用物質(zhì)的相結(jié)構(gòu)及相變研究的現(xiàn)狀。說明原子核和強(qiáng)相互作用物質(zhì)的相結(jié)構(gòu)和相變的研究是原子核物理、粒子物理、天體物理、宇宙學(xué)和統(tǒng)計(jì)物理等領(lǐng)域共同關(guān)心重要前沿領(lǐng)域,到目前為止已取得重大進(jìn)展,但無論是具體實(shí)際問題還是研究方法等方面都需要系統(tǒng)深入的研究。
關(guān)鍵詞:原子核物理;強(qiáng)相互作用物質(zhì);相與相變
1 引言
100年前,愛因斯坦通過分析充滿空腔的輻射系統(tǒng)的熵與充滿空腔的氣體系統(tǒng)的熵,提出電磁輻射由光量子組成[1,2],從而建立了光子的概念,吹響了引導(dǎo)人們探索微觀世界的沖鋒號(hào)。進(jìn)一步的深入研究表明,組成物質(zhì)世界的粒子可以分為強(qiáng)子和輕子兩類,粒子間的相互作用可以分為引力作用、電磁作用、弱作用和強(qiáng)作用4類。參與強(qiáng)相互作用的粒子或具有強(qiáng)相互作用的系統(tǒng)統(tǒng)稱為強(qiáng)相互作用物質(zhì)(包括強(qiáng)子物質(zhì)、夸克物質(zhì)等)及其特殊形式——原子核(由有限個(gè)強(qiáng)子組成的系統(tǒng)),對(duì)原子核和強(qiáng)相互作用系統(tǒng)的相結(jié)構(gòu)及相變的研究,對(duì)于認(rèn)識(shí)強(qiáng)相互作用系統(tǒng)的相結(jié)構(gòu)、相變,了解宇宙的起源和演化至關(guān)重要,并且可能是有限系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)物理的檢驗(yàn)平臺(tái)。因此,近年來關(guān)于原子核和強(qiáng)相互作用系統(tǒng)的相變的研究不僅是原子核物理、天體物理、宇宙學(xué)及粒子物理等領(lǐng)域研究的重要前沿課題,還引起了有限量子多體系統(tǒng)領(lǐng)域和統(tǒng)計(jì)物理學(xué)界的極大關(guān)注。本文簡(jiǎn)要介紹原子核及強(qiáng)相互作用系統(tǒng)的相及相變研究的現(xiàn)狀。
2 原子核的相及相變
2.1 原子核的單粒子運(yùn)動(dòng)與集體運(yùn)動(dòng)
原子核是有限數(shù)目的強(qiáng)子組成的束縛系統(tǒng),其中的核子(質(zhì)子和中子)自然具有單粒子運(yùn)動(dòng),并建立殼模型成功的描述原子核的相應(yīng)性質(zhì)。實(shí)驗(yàn)上對(duì)原子核的能譜和電磁躍遷等的研究表明,原子核還具有整體運(yùn)動(dòng),并建立了原子核具有形狀和振動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)等集體運(yùn)動(dòng)模式的概念。人們通常利用將核半徑按球諧函數(shù) 展開來描述原子核的形狀,并將相應(yīng)的形變稱為 極形變(如圖1所示)。已經(jīng)觀測(cè)到和已經(jīng)預(yù)言的原子核形狀多種多樣[3,4],比較重要的是四極形變,實(shí)驗(yàn)上已經(jīng)觀測(cè)到的最高極形變是16極形變[3,4]。按照殼模型和集體模型的觀點(diǎn), 幻數(shù)核多為球形, 而偏離滿殼的核則為形變核,形變核可以細(xì)分為長(zhǎng)橢球形、扁橢球形、三軸不對(duì)稱形、梨形、香蕉形、紡錘形等。同時(shí)原子核還可能有形狀共存現(xiàn)象。
圖1 時(shí)原子核的 極形變的形狀示意圖(取自文獻(xiàn)[3])
Fig. 1 Sketch of the shape of a nucleus in -pole deformation with ( taken from Ref. [3] )
近年來的研究表明,在較高激發(fā)能和較高角動(dòng)量情況下,原子核的集體能譜消失,即出現(xiàn)帶終結(jié)現(xiàn)象[5],這表明發(fā)生了由集體運(yùn)動(dòng)到單粒子運(yùn)動(dòng)的相變。
2.2 原子核的形狀相變
原子核形狀的研究一直是原子核結(jié)構(gòu)理論中一個(gè)重要的問題,這是因?yàn)樵雍诵螤钆c原子核組成成分及其兩種運(yùn)動(dòng)形式--集體運(yùn)動(dòng)和單粒子運(yùn)動(dòng)、中子質(zhì)子比、角動(dòng)量、激發(fā)態(tài)能量和核環(huán)境的溫度等都密切相關(guān)。例如,集體模型中計(jì)算單粒子運(yùn)動(dòng)時(shí)常用的變形平均勢(shì)就和核形狀有關(guān),不同形狀原子核的集體運(yùn)動(dòng)模式各不相同[6];同時(shí)原子核的形狀由所有核子的空間分布決定,而且隨集體運(yùn)動(dòng)模式的不同而變化[7]。另一方面,原子核的形狀和一定的動(dòng)力學(xué)對(duì)稱性相聯(lián)系[4],核形狀變化與原子核的動(dòng)力學(xué)對(duì)稱性的破缺相聯(lián)系。原子核的形狀發(fā)生變化表明其狀態(tài)和性質(zhì)發(fā)生了變化,也就是發(fā)生了相變。因此,原子核的形狀相結(jié)構(gòu)和相變的研究是原子核結(jié)構(gòu)研究的重要內(nèi)容。由于形狀共存可能是單粒子運(yùn)動(dòng)和集體運(yùn)動(dòng)較強(qiáng)耦合的結(jié)果[7],因此形狀共存也是核形狀研究中關(guān)注的焦點(diǎn)[8]。
早期對(duì)于原子核形狀相變的研究大多集中在一系列同位素或同中子素的基態(tài)[4,9],基態(tài)核的形狀相變普遍存在于各個(gè)質(zhì)量區(qū)[3],近年來關(guān)于臨界狀態(tài)對(duì)稱性和三相點(diǎn)的研究[10-16]以及對(duì)超重核的形變和形狀共存的研究[17],極大地豐富了基態(tài)和形狀相變的研究?jī)?nèi)容。另一方面,由于實(shí)驗(yàn)上g-射線探測(cè)器陣列技術(shù)的進(jìn)步,使得我們不僅可以對(duì)原子核基態(tài)的形狀進(jìn)行研究,而且可以對(duì)激發(fā)態(tài)、尤其是高自旋態(tài)的核形狀進(jìn)行研究。激發(fā)態(tài)核的形變則更富含物理內(nèi)容, 如超形變帶、回彎現(xiàn)象、同核異能態(tài)等都和形變直接相關(guān);2003年觀測(cè)到的沿Yrast帶出現(xiàn)的集體振動(dòng)模式到定軸轉(zhuǎn)動(dòng)模式的變化表明低激發(fā)態(tài)中可能存在轉(zhuǎn)動(dòng)(或角動(dòng)量)驅(qū)動(dòng)的由球形(振動(dòng))到長(zhǎng)橢球形(定軸轉(zhuǎn)動(dòng))的形狀相變[18]。
對(duì)于原子核基態(tài)形狀的研究通常采用的理論模型有集體模型[6]、相互作用玻色子模型(IBM)[4]、Hartree-Fock-Bogoliubov(HFB)方法[19], 另外還可以使用熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)理論[20]。而對(duì)于原子核激發(fā)態(tài)的形狀的研究則采用Landau相變理論[21]、有限溫度推轉(zhuǎn)HFB[22]、推轉(zhuǎn)IBM[23]等。在這些方法中,集體模型有比較直觀的幾何圖象,但是缺乏微觀機(jī)制;而微觀理論沒有直接的幾何圖象。由于IBM既有較好的微觀基礎(chǔ)[24],又可以由相干態(tài)理論建立直觀的幾何圖象[4],所以IBM理論在原子核的形狀相變研究中得到了廣泛的應(yīng)用。
早期利用IBM對(duì)原子核基態(tài)的形狀相變的研究可以歸納為Casten三角形[4],近年來Iachello利用幾何模型對(duì)原子核基態(tài)形狀相變的研究將Casten三角形擴(kuò)展到四面體[25],如圖2所示。圖中三個(gè)頂點(diǎn)對(duì)應(yīng)IBM的U(5)、SU(3)、O(6)三種對(duì)稱性極限,另一個(gè)頂點(diǎn)對(duì)應(yīng)SU*(3)對(duì)稱性(將SU(3)的生成元 中的 替換為 )。由相干態(tài)理論知,U(5)、SU(3)、SU*(3)、O(6)對(duì)稱性分別對(duì)應(yīng)球形、軸對(duì)稱長(zhǎng)橢球形變、軸對(duì)稱扁橢球形變、g-不穩(wěn)定形變[4]。并且,沿球形到g-不穩(wěn)定形變的相變?yōu)槎?jí)相變,臨界點(diǎn)附近的核態(tài)具有E(5)對(duì)稱性[10];從球形區(qū)到長(zhǎng)橢球形變區(qū)的相變?yōu)橐患?jí)相變,臨界點(diǎn)附近的核態(tài)具有X(5)對(duì)稱性[11];還存在球形、長(zhǎng)橢球形和g-不穩(wěn)定形變?nèi)喙泊娴娜帱c(diǎn)[15,16]。此外,長(zhǎng)橢球形變與扁橢球形變之間的臨界點(diǎn)附近的核態(tài)具有O(6)對(duì)稱性[12]、Y(5)對(duì)稱性[13],也有人認(rèn)為長(zhǎng)橢球與扁橢球形狀相變臨界點(diǎn)附近的核態(tài)還可能具有Z(5)對(duì)稱性[14]。理論上發(fā)現(xiàn)形狀共存和各種臨界點(diǎn)對(duì)稱性之后,很快就在實(shí)驗(yàn)上找到了對(duì)應(yīng)的原子核。如152Sm可能有形狀共存現(xiàn)象[26], 與E(5)對(duì)稱性對(duì)應(yīng)的原子核有134Ba[27]、108Pd[28]、130Xe[29]等,與X(5)對(duì)稱性對(duì)應(yīng)的原子核有152Sm、154Gd、156Dy和其他N=90的同中子素鏈[30],與Y(5)對(duì)稱性對(duì)應(yīng)的原子核有166,168Er[31]等,與Z(5)對(duì)稱性相對(duì)應(yīng)的原子核有194Pt等[25]。同時(shí),類似Iachello四面體的工作很快被推廣到區(qū)分質(zhì)子玻色子和中子玻色子的IBM-2[32],同樣成功的找到了各種極限對(duì)稱性之間的相變。
圖2 擴(kuò)展的IBM的對(duì)稱性間的演化圖(取自文獻(xiàn)[25])
Fig. 2 Extended sketch of the symmetries and their evolution in the IBM ( taken from Ref. [25] )
對(duì)于角動(dòng)量變化可能引起的原子核形狀相變,早期的研究主要基于液滴模型[19]。近年來,人們開始利用Landau相變理論[21]、有限溫度推轉(zhuǎn)HFB理論[22]、推轉(zhuǎn)IBM[23]、推轉(zhuǎn)無規(guī)位相近似[33]以及IBM框架下考慮角動(dòng)量投影的相干態(tài)方法[34,35]進(jìn)行研究,結(jié)果表明即使是核的低激發(fā)態(tài)也可能存在各種形狀之間的相變,并說明低激發(fā)能譜中出現(xiàn)振動(dòng)到定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的相變的機(jī)制可能是,隨著角動(dòng)量升高,振動(dòng)逐漸減弱,轉(zhuǎn)動(dòng)逐漸加強(qiáng),臨界點(diǎn)以后成為很好的定軸轉(zhuǎn)動(dòng)。另一方面,直接從核子層次對(duì)原子核形狀相變的研究也已取得進(jìn)展[36]。
3 強(qiáng)相互作用物質(zhì)的相變
3.1 原子核的液氣相變
早在20世紀(jì)30年代,根據(jù)實(shí)驗(yàn)觀測(cè)到的原子核的性質(zhì),人們就對(duì)原子核的結(jié)構(gòu)提出了費(fèi)米氣體模型和液滴模型。這說明在某些條件下,原子核呈液相,或者說其某些性質(zhì)表現(xiàn)為液相的性質(zhì);而在另一些方面,原子核表現(xiàn)為氣相。在這一層次上,所謂的“液相”和“氣相”只是作為原子核的不同性質(zhì)的唯象表述,根本沒有關(guān)心這兩種相之間的演化。
到20世紀(jì)90年代中期,隨著中高能核核碰撞研究的深入,人們研究了核核碰撞形成的系統(tǒng)的溫度與其中核子的激發(fā)能之間的關(guān)系,最早的由德國(guó)GSI報(bào)告的結(jié)果[37]如圖3所示,這一關(guān)系顯然與通常物質(zhì)處于液相、氣相及其間相變中溫度與單粒子平均能量間的關(guān)系相同,從而說明發(fā)生了液氣相變。由于相變通常由熱力學(xué)函數(shù)和狀態(tài)方程出發(fā)進(jìn)行研究,原子核的液氣相變自然成為研究核物質(zhì)狀態(tài)方程、進(jìn)而研究核天體狀態(tài)及其演化的突破口。于是,美國(guó)Brookhaven國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、Lawrence國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、Michigan州立大學(xué)、德州農(nóng)機(jī)學(xué)院、俄羅斯的Dubna、德國(guó)的GSI、法國(guó)的GANIL和LNS Saclay、意大利的del Sud國(guó)家實(shí)驗(yàn)室等國(guó)際大型實(shí)驗(yàn)室的核物理學(xué)家系統(tǒng)研究了中高能核核形成的系統(tǒng)的溫度與單粒子激發(fā)能的關(guān)系、熱容、高碎裂多重度、集體膨脹、有限尺寸及Fisher定律標(biāo)度等[38~41],理論上發(fā)展了核玻爾茲曼方程[42]、有限系統(tǒng)費(fèi)米子-分子動(dòng)力學(xué)[43]、全反對(duì)稱分子動(dòng)力學(xué)[44]等方法、并利用滲渝理論[45]對(duì)這些系統(tǒng)進(jìn)行研究,結(jié)果都表明,在一定的條件下,中高能核核碰撞形成的系統(tǒng)中都會(huì)出現(xiàn)液氣相變,并說明該相變的機(jī)制是失穩(wěn)分解。事實(shí)上,這些研究還都有待深化,尤其是相變的序參量、同位旋依賴性、相變的臨界溫度、對(duì)核天體的結(jié)構(gòu)和演化的影響等都是目前研究關(guān)注的重要問題。
圖3 核核碰撞形成的系統(tǒng)的溫度與單核子能量的關(guān)系(取自文獻(xiàn)[37])
Fig. 3 Relation between the temperature and the energy of single nucleon of the system formed in nucleus-nucleus collision (taken from Ref. [37])3.2 強(qiáng)相互作用物質(zhì)的相變
強(qiáng)相互作用物質(zhì)是由強(qiáng)子(包括重子和介子)組成的強(qiáng)子物質(zhì)和由夸克、膠子組成的夸克物質(zhì)的統(tǒng)稱。因此,對(duì)強(qiáng)相互作用物質(zhì)的組分、性質(zhì)、相結(jié)構(gòu)及相變的研究是當(dāng)代原子核物理、粒子物理、天體物理和宇宙學(xué)等領(lǐng)域共同關(guān)注的重大課題。
我們已經(jīng)知道,強(qiáng)子由夸克和膠子組成,并且可以形象地將之比喻為束縛有夸克和膠子的口袋,口袋內(nèi)的夸克、膠子的相互作用與強(qiáng)相互作用真空內(nèi)的作用之間的差異提供的袋常數(shù)常被用來描述束縛的強(qiáng)度。隨著強(qiáng)子物質(zhì)系統(tǒng)溫度的升高,強(qiáng)子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的能量和其內(nèi)部夸克、膠子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的能量都會(huì)升高,壓強(qiáng)會(huì)增大;系統(tǒng)密度的增大也會(huì)引起壓強(qiáng)增大,當(dāng)系統(tǒng)的真空壓不能平衡強(qiáng)子內(nèi)部的壓強(qiáng)時(shí),強(qiáng)子將消失,夸克和膠子將成為夸克物質(zhì),也就是可以發(fā)生退禁閉相變。退禁閉形成的夸克物質(zhì)可能以等離子體狀態(tài)存在,從而形成夸克膠子等離子體(QGP)。另一方面,描述強(qiáng)相互作用的基本理論是量子色動(dòng)力學(xué)(QCD),QCD具有漸近自由的性質(zhì)(上述退禁閉相變正是漸近自由的結(jié)果和表現(xiàn)),并且零質(zhì)量的費(fèi)米子(夸克等)具有左旋和右旋的等價(jià)性,這種等價(jià)性稱為手征對(duì)稱性。然而,現(xiàn)實(shí)的強(qiáng)子世界處于低能區(qū)域,夸克是禁閉的、有質(zhì)量的,并且不具有手征對(duì)稱性。但當(dāng)退禁閉相變發(fā)生以后,手征對(duì)稱性可能恢復(fù),從而發(fā)生手征恢復(fù)相變。再者,我們知道,由于電聲作用的相互影響,聲子可以為電子之間提供一個(gè)較弱的吸引力,從而形成電子庫(kù)珀對(duì),出現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象;由于夸克之間的特殊的相互作用道本來就是吸引的,因此夸克之間也可以形成夸克庫(kù)珀對(duì),由于夸克具有3種顏色,3種色混合或一種色與其反色混合形成無色的強(qiáng)子,但兩個(gè)夸克形成的對(duì)卻帶有顏色,因此由夸克庫(kù)珀對(duì)形成的凝聚狀態(tài)稱為色超導(dǎo)態(tài)[46]。根據(jù)色超導(dǎo)態(tài)的夸克庫(kù)珀對(duì)的色味結(jié)構(gòu),色超導(dǎo)態(tài)具有兩味色超導(dǎo)、色味鎖定色超導(dǎo)等多種相(有時(shí)簡(jiǎn)單地統(tǒng)稱之為色超導(dǎo)相)。目前的研究表明,強(qiáng)相互作用物質(zhì)的相圖如圖4所示。
圖4 強(qiáng)相互作用物質(zhì)相圖(取自http://www.pparc.ac.uk)
Fig. 4 Phase diagram of strong interaction matter (taken from http://www.pparc.ac.uk )
由于QCD具有漸近自由的性質(zhì),因此,對(duì)于高能區(qū)的場(chǎng)和粒子性質(zhì),可以利用微擾QCD進(jìn)行研究,并得到了很好的結(jié)果。但對(duì)于低能區(qū)域,QCD的求解問題尚沒有解決,于是人們發(fā)展了QCD因子化和重求和(硬熱圈展開和硬密圈展開)方法[47],并利用QCD的非微擾有效場(chǎng)論模型方法和唯象模型方法(Dyson-Schwinger方程、瞬子模型、整體色對(duì)稱模型、手征模型、孤立子模型、夸克介子耦合模型、NJL模型、袋模型)[48~54]等對(duì)強(qiáng)相互作用物質(zhì)進(jìn)行理論研究。近年來,隨著對(duì)基本原理的擴(kuò)展和計(jì)算方法的發(fā)展,利用格點(diǎn)QCD對(duì)強(qiáng)相互作用物質(zhì)的研究已有重大進(jìn)展[55]。實(shí)驗(yàn)上,人們利用高能核核碰撞對(duì)強(qiáng)相互作用物質(zhì)及其相變進(jìn)行研究。目前,美國(guó)Brookhaven國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的AGS和RHIC、歐洲核子中心的SPS等大型高能核核碰撞裝置都已為強(qiáng)相互作用物質(zhì)的研究作出了重大貢獻(xiàn),即將開始運(yùn)行的歐洲核子中心的LHC和正在興建的德國(guó)GSI的SIS將為強(qiáng)相互作用物質(zhì)的研究揭開新的一頁(yè),我國(guó)在蘭州興建并即將運(yùn)行的CSR裝置也將為強(qiáng)相互作用物質(zhì)的研究譜寫新的篇章。盡管對(duì)強(qiáng)相互作用物質(zhì)的相結(jié)構(gòu)和相變的研究已取得豐碩成果,但仍有很多重大基本問題(例如手征對(duì)稱性破缺和恢復(fù)的機(jī)制、過程和準(zhǔn)確信號(hào)、費(fèi)米子質(zhì)量的起源、QGP的準(zhǔn)確信號(hào)和鑒別、強(qiáng)子物質(zhì)和夸克物質(zhì)的狀態(tài)方程,等等)需要研究。
4 小結(jié)
綜上所述,原子核和強(qiáng)相互作用物質(zhì)的相結(jié)構(gòu)和相變的研究是原子核物理、粒子物理、天體物理、宇宙學(xué)和統(tǒng)計(jì)物理等領(lǐng)域共同關(guān)心的重要前沿領(lǐng)域,盡管已取得重大進(jìn)展,但無論是實(shí)際問題還是研究方法都需要系統(tǒng)深入的研究。
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Phase Transitions of Nucleus and Strong Interacting Matter
LIU Yu-xin 1,2,3,MU Liang-zhu1,CHANG Lei1
1. Department of Physics, Peking University, Beijing 100871,China
2. The Key Laboratory of Heavy Ion Physics at Peking University, Ministry of Education, Beijing 100871,China
3. Center of Theoretical Nuclear Physics, National Laboratory of Heavy Ion Accelerator, Lanzhou 730000,China
Abstract: We review the status of the research on the phase structure and phase transitions of nucleus and strong interacting matter briefly. It shows that the related studies are the very active current frontier commonly interested by nuclear physics, particle physics, astrophysics, cosmology, statistical physics and other areas. A lot of significant progress has been made. However, not only concrete problems but also researching approaches need to be studied further.
Key Words: nucleus, strongly interacting matter, phase and phase transition
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