高能核物理是個怎樣的方向?

時間 2021-05-05 18:33:10

1樓:

高能核物理,是一門交叉學科。是粒子物理、核物理、凝聚態物理的交叉學科。

一般的核物理,主要研究的是核結構之類的,由於其實驗上所採用的加速器能量遠低於粒子物理所用的加速器,所以我們一般稱為中低能核物理。而高能核物理,對應的加速器實驗,能量非常高,跟一般粒子物理實驗的能量類似,比如經典的是金-金對撞200GeV,以及現在的2.76TeV。

一般的粒子物理,主要研究的是各種反應不同反應道的散射截面。不嚴格的說,主要還是研究少粒子問題。而高能核物理,研究的是多體問題。

多體問題,就存在集體運動之類的行為,並不是簡單的把單體合起來那麼簡單。此外,粒子物理,一般採用量子場論做計算;而高能核物理,則需要有限溫度下的量子場論。其中的差別,還是挺大的。

舉個簡單的例子,在量子場論裡,對於四動量0分量的積分是連續的;在有限溫度場論裡,變成了分離的松原求和。同時,有限溫度場論,很多情況下,是需要做重求和的,非常複雜。

一般凝聚態物理,研究的是室溫或者低溫下物質的性質,也是多體系統,也可以採用有限溫度場論的辦法。而最主要的相互作用是,電子-聲子相互作用。而高能核物理中,物質的溫度非常高,一般可達200MeV(換算成攝氏度的話,我不太記得了。。。

),主要相互作用是,強相互作用。

所以,高能核物理學科,需要用到前面所說的其它三門學科的知識。

很多人,可能覺得高能核物理跟凝聚態物理關係不大。然而,事實上,高能核物理近期的熱點,手徵磁效應,在高能物理實驗中的測量,現在並不順利;卻在凝聚態物理中Weyl半金屬上,已經被測量到了。

2樓:

top4高能核物理的話,大概可以猜出來題主是哪個學校的。國內做高能核物理的不多,大部分做這個方向的人都出自華中師大。這個領域主要有兩個方向:

乙個是QCD相變,乙個是QGP物理(QGP這個名字最早由Stony Brook的Shuryak使用)。國內做QGP物理的比較多,這塊與實驗聯絡比較緊密,會用到流體力學的東西研究QGP輸運問題。QGP物理會涉及到手徵磁效應和手徵渦旋效應,這些與冷原子物理又有些關係。

至於QCD相變這個方向,比較偏向理論,主要涉及到手徵相變,退禁閉相變以及色超導等。色超導最先由Wilczek提出,目前能做的東西不多了,這兒與凝聚態物理比較相似。手徵相變用QCD有效模型研究的也比較多,主要是因為在流夸克質量很小的情況下,夸克凝聚仍然可以被視為良好的手徵恢復序參量。

而對於退禁閉相變,可以說是目前QCD相變領域最棘手的問題,因為QCD中動力學夸克的出現,導致Z(3)中心對稱性破壞比較嚴重,從而不容易找到合適的退禁閉相變序參量。在沒有更好辦法的情況下,人們通常利用純規範場退禁閉相變的序參量Polyakov-loop作為夸克退禁閉相變的「近似」序參量,這是因為Polyakov-loop的真空期待值在夸克退禁閉的贗臨界溫度處有個較快的變化。但應該注意的是,Polyakov勢裡面並沒有考慮到夸克場和膠子場的相互作用,這是乙個有待改進的地方。

另外,這裡所說的夸克退禁閉相變並不是真正的相變,而是乙個Crossover。研究QCD相變,除了利用有效模型外,其它的非微擾方法還有Dyson-Schwinger方程,LQCD,AdS/QCD等。其中,LQCD從第一原理出發研究相變是最靠譜的,但是它的侷限性比較大,只適用於重子數化學勢為零的區域。

對於化學勢非零區域,由於費公尺子行列式為復,從而存在「Sign problem」,這個問題同樣存在於凝聚態物理。避開這個阻礙的一種方法是,在QCD拉氏量中引入虛化學勢 ,這樣可使費公尺子行列式變為實,從而可以使用LQCD。另一方面,在虛化學勢下得到的QCD相圖資訊,又可以解析延拓到實化學勢區域,因此研究虛化學勢QCD相圖是有實際意義的。

虛化學勢下,乙個重要的特徵是QCD配分函式具有週期性 。高溫時,在Z(3)中心對稱性破壞的QCD中,三個Z(3)部分對應的熱力學勢會在無量綱的虛化學勢 方向,相互之間有 平移,從而導致所謂的Roberge-Weiss相變,這個相變現在也已經被進行了廣泛的研究。 另乙個有趣的現象是,當不同味夸克虛化學勢間有 等差時,會存在乙個具有Z(3)中心對稱性的QCD-like理論——Z(3)-QCD,即在有夸克的情況下,Polyakov-loop的真空期待值仍可是退禁閉相變的嚴格序參量。

利用Z(3)-QCD,人們還能研究手徵相變和退禁閉相變間的關係,LQCD已經對此進行了一些研究,但似乎並不理想。總體來說,我覺得QCD相變這個方向,目前處於瓶頸期,比較難有突破。而QGP物理,因為與RHIC實驗聯絡緊密,所以可做的東西應該不少。

另外,與粒子物理的乙個明顯不同之處是,高能核物理針對多體系統,我對這個領域不是很感興趣。

3樓:

核物理的核心是量子色動力學,圍繞此,有幾個大方向:

高能核物理:對撞機物理

中能核物理:強子物理

低能核物理:原子核物理

重離子物理:熱密核物質

4樓:

你是 top4,偶是bottom4的學校。高能物理就是粒子物理,起碼圈內都這麼說。雖然都說核物理過時了,但是已經說了幾十年了,你覺得呢?

高能物理尤其是理論部分,知識龐雜,不是一般人能輕易駕馭的!但是要做科研未必需要都學會。

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