Nghiên cứu tính chất vật lý một số mô hình hạt nhân

VIỆN NĂNG LƯỢNG NGUYÊN TỬ VIỆT NAMĐINH THANH TÂM NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT VẬT LÝ MỘT SỐ MÔ HÌNH HẠT NHÂN Chuyên ngành: Vật lý lý thuyết và Vật lý toán Mã số: 62 44 01 01 LUẬN ÁN TIẾN SỸ VẬT

VIỆN NĂNG LƯỢNG NGUYÊN TỬ VIỆT NAM

ĐINH THANH TÂM

NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT VẬT LÝ MỘT SỐ MÔ HÌNH HẠT NHÂN

Chuyên ngành: Vật lý lý thuyết và Vật lý toán

Mã số: 62 44 01 01

LUẬN ÁN TIẾN SỸ VẬT LÝ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS.TSKH TRẦN HỮU PHÁT

TS NGUYỄN TUẤN ANH

HÀ NỘI 2011

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tôidưới sự hướng dẫn khoa học của GS.TSKH Trần Hữu Phát và TS NguyễnTuấn Anh Các kết quả nghiên cứu nêu trong luận án là trung thực vàchưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Hà Nội, ngày 30 tháng 11 năm 2011

Tác giả luận án

Đinh Thanh Tâm

ii

LỜI CẢM ƠN

Qua luận án này, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy hướngdẫn khoa học - GS.TSKH Trần Hữu Phát - người Thầy đã dành nhiều nămhướng dẫn tôi học tập, nghiên cứu, đưa ra những ý tưởng khoa học và địnhhướng nghiên cứu cho tôi trong quá trình tôi làm nghiên cứu sinh

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy hướng dẫn thứ hai - Tiến sỹNguyễn Tuấn Anh, người Thầy đã dành nhiều năm truyền thụ kiến thứckhoa học cho tôi, dạy tôi nghiên cứu

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến các thầy trong Ban Giámhiệu Trường Đại học Tây Bắc đặc biệt là Nhà giáo Nhân dân, Phó Giáo

sư Tiến sỹ Đặng Quang Việt- Bí thư Đảng ủy, Hiệu trưởng Nhà trường đãtạo điều kiện thuận lợi cho tôi vừa công tác vừa học tập và nghiên cứu.Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các giáo sư, tiến sĩ, các nhà khoahọc, các bạn đồng nghiệp ở các trường đại học và các viện nghiên cứu, cảm

ơn các thầy cô trong Bộ môn Vật lý lý thuyết Trường Đại học Sư phạm

Hà Nội đã tạo điều kiện cho tôi tham gia nghiên cứu, hội thảo, hội nghịkhoa học, có những lời góp ý bổ ích cho tôi trong quá trình tôi nghiên cứukhoa học và làm luận án tiến sỹ

Tôi xin trân trọng cảm ơn Viện Năng lượng Nguyên tử Việt Nam đãtạo điều kiện cho tôi dự thi, học tập, nghiên cứu và bảo vệ luận án tiến sỹ.Tôi xin trân trọng cảm ơn Viện Khoa học và Kỹ thuật Hạt nhân, Trungtâm Nghiên cứu cơ bản và Tính toán đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi cómột không gian đẹp, rộng rãi và yên tĩnh để tôi học tập, nghiên cứu, hoànthành luận án

Xin chân thành cảm ơn mọi người trong gia đình đã luôn động viên, tạođiều kiện cho tôi công tác, học tập, nghiên cứu, hoàn thành luận án

Tác giả luận án

iii

Mục lục

Lời cam đoan ii

Lời cảm ơn iii

Các khái niệm liên quan vi

Danh mục các chữ viết tắt vii

MỞ ĐẦU 1 1 MÔ HÌNH CHẤT HẠT NHÂN KHÔNG CHIRAL 10 1.1 Thế nhiệt động 13

1.2 Các tính chất bão hòa 18

1.3 Phương trình trạng thái 23

1.4 Cấu trúc pha 29

1.5 Sự đóng góp của meson delta 39

1.6 Kết luận của chương 1 41

2 MÔ HÌNH CHẤT HẠT NHÂN CHIRAL ĐỐI XỨNG TIỆM CẬN 43 2.1 Thế nhiệt động 47

iv

2.2 Các tính chất bão hòa 55

2.3 Phương trình trạng thái 63

2.4 Cấu trúc pha 73

2.5 Sự đóng góp của meson delta 78

2.6 Kết luận của chương 2 82

3 MÔ HÌNH CHẤT HẠT NHÂN CHIRAL ĐỐI XỨNG CHÍNH XÁC 84 3.1 Thế nhiệt động 87

3.2 Các tính chất bão hòa 91

3.3 Phương trình trạng thái 95

3.4 Cấu trúc pha 105

3.4.1 Chuyển pha khí-lỏng tại mật độ dưới mật độ bão hòa 105 3.4.2 Chuyển pha chiral 108

3.5 Sự đóng góp của meson delta 112

3.6 Kết luận của chương 3 116

v

CÁC KHÁI NIỆM LIÊN QUAN

1 Bất đối xứng isospin (Isospin Asymmetry)

2 Boson hóa (Bosonization)

3 Chất hạt nhân (Nuclear Matter)

4 Cấu trúc pha (Phase Structure)

5 Đối xứng chiral (Chiral Symmetry)

6 Mô hình Nambu–Jona-Lasinio (NJL Model)

7 Năng lượng đối xứng (Symmetry Energy)

8 Ngưng tụ (Condensation)

9 Phương trình trạng thái (EoS)

10 Lý thuyết trường trung bình (Mean-Field Theory)

11 Tính chất bão hòa (Saturation Properties)

12 Tính không bền về cơ và hóa (Chemical and Mechanical Instabilities)

vi

MFT mean-field theory (lý thuyết trường trung bình).

NJL Nambu–Jona-Lasinio model ( mô hình Nambu–Jona-Lasinio).NSE nuclear symmetry energy (năng lượng đối xứng hạt nhân)QCD quantum chromodynamics (sắc động lực học lượng tử)

QGP quark-gluon plasma

QHD quantum hadrondynamics (hadron động lực học lượng tử)

SB symmetry breaking (sự phá vỡ đối xứng)

SR symmetry restoration (sự khôi phục đối xứng)

vii

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Giản đồ pha của sắc động lực lượng tử (QCD) trong mặt phẳng thế hóa

µ và nhiệt độ T [89] được phác họa trong Hình 1 là tập hợp những trạngthái cân bằng của hệ Cho đến nay, người ta vẫn chưa biết vị trí chính xáccủa hầu hết các đường chuyển pha trong giản đồ trên Sở dĩ như vậy là

vì nghiên cứu chuyển pha vật chất với sự có mặt đồng thời của cả nhiệt

độ và mật độ là một bài toán cực kỳ hóc búa Các vùng có µ và (hoặc) Tlớn, các kết quả tính toán lý thuyết vẫn chưa thể kiểm chứng được bằngthực nghiệm Các tính toán dựa trên mô hình mạng QCD đã có những tiến

bộ khi nghiên cứu hệ ở trạng thái có mật độ baryon bằng 0 và nhiệt độcao Kết quả tính toán mô phỏng gần đây nhất [58] tiên đoán chuyển phachiral và chuyển pha không giam cầm kiểu crossover tại nhiệt độ quanh

170 MeV Vùng có mật độ và nhiệt độ thấp, tức là vật chất nằm trong phahadron chỉ được nghiên cứu tới một chừng mực nào đó Nhìn chung, vậtchất ở mật độ và nhiệt độ hữu hạn vẫn còn nhiều điều chưa biết và là đốitượng xây dựng các mô hình nghiên cứu Nguyên nhân là về phương diện

lý thuyết, vùng này phức tạp hơn so với vùng có nhiệt độ và mật độ cao

có thể xử lý bằng phương pháp nhiễu loạn và các hadron là đối tượng kháphức tạp khi người ta cố gắng mô tả chúng theo các phần tử hợp thành

1

CFL liq

QGP T

E

2SC

CFL-K CFL

exotics LOFF nuclear

superfluid

1.d.

Hình 1: Các giản đồ pha trong mặt phẳng thế hóa - nhiệt độ.

Tuy nhiên, hiểu theo một nghĩa khác, vùng này là hấp dẫn và thử thách

vì nhiều vấn đề vật lý chưa biết và sinh động có thể được khám phá, nhiềucông cụ lý thuyết mới có thể cần phát triển Hiện nay, các thí nghiệm vachạm ion nặng ở năng lượng cao là công cụ tốt tạo ra vật chất tương tácmạnh và đông đặc, chúng cung cấp cơ hội để khám phá các tính chất thú

vị của vật chất ở điều kiện cực trị, kiểm chứng các tính toán lý thuyết đặcbiệt là các tiên đoán về chuyển pha ở mật độ và nhiệt độ cao Nói cáchkhác, nghiên cứu các tính chất vật lý của hạt nhân đặc biệt là cấu trúcpha là cần thiết và thích hợp cả về phương diện lý thuyết và thực nghiệm

đã thu được nhiều thành công trong nghiên cứu chất hạt nhân ở mật độthấp và năng lượng thấp Tuy nhiên, lý thuyết hạt nhân phi tương đối tínhlại thất bại khi phản ánh các tính chất vật lý của vật chất đông đặc Cụthể, khi mật độ chất hạt nhân cao, ρ > 3ρ0, với ρ0 là mật độ chất hạtnhân ở trạng thái bão hòa, thì lý thuyết hạt nhân phi tương đối tính viphạm nguyên lý nhân quả-một trong những nguyên lý rất cơ bản của vật

lý Khi nghiên cứu chất hạt nhân ở mật độ và (hoặc) năng lượng cao thìhiệu ứng tương đối tính trở lên quan trọng cần phải sử dụng lý thuyết hạtnhân tương đối tính Có thể nói lý thuyết hạt nhân phi tương đối tính và

lý thuyết hạt nhân tương đối tính là hai phần lý thuyết bổ sung cho nhau

ở những thang năng lượng và thang mật độ nhất định

Lý thuyết hạt nhân tương đối tính nghiên cứu chất hạt nhân ở mật độ

và (hoặc) năng lượng cao Khi đó, về cấu trúc, người ta không thể đơnthuần coi nucleon là một hạt mà phải tính đến cấu trúc bên trong của

data error !!! can't not

read

data error !!! can't not

read

data error !!! can't not

read

data error !!! can't not

read

data error !!! can't not

read

data error !!! can't not

read

data error !!! can't not

read

data error !!! can't not

read

data error !!! can't not

read

data error !!! can't not

read

data error !!! can't not

read

data error !!! can't not

read

data error !!! can't not

read

data error !!! can't not

read

data error !!! can't not

read

data error !!! can't not

read

data error !!! can't not

read

data error !!! can't not

read