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手征对称性自发破缺是使夸克获得较大质量能隙、产生Goldstone玻色子的内在机制,如何更好地理解和表述手征对称性自发破缺的各个方面是目前强子物理研究的一个前沿热点。通过对手征对称性的自发破缺和恢复的研究,可以使人们认识强相互作用的基本规律,了解新的强相互作用的物质形态,探讨早期宇宙的演化过程,检验强相互作用系统的统计物理,因此关于手征对称性的破缺和恢复的研究不仅是目前强子物理研究的热点,而且是原子核物理、天体物理、宇宙学和统计物理等领域共同关心的重要前沿课题.作为连续场论的有效途径,Dyson-Schinger方程方法提供了自然的环境,使我们可以直接讨论手征对称性的特征。本文基于手征对称性保持的截断方案框架下的Dyson-Schwinger方程方法,对手征对称性的细节特征进行研究,并着重关注两个方面的问题:其一在有限流夸克质量情况下手征对称性的自发破缺:其二强相互作用物质中手征对称性的自发破缺和恢复。
本论文利用手征磁化率分析了手征极限下手征对称性保持的夸克模式随耦合强度和流质量变化的演化方向,给出了手征对称性自发破缺过程的形象描述以及表征强耦合系统的手征对称性硬破缺和自发破缺的夸克模式的途径.基于此,本论文首次指出,在有限流夸克质量情况下,夸克的Dyson-Schwinger方程具有三种不同形式的解。利用这三种解的细节特征,我们提出一种区分手征对称性的硬破缺和自发破缺效应的方法,给出了有限流夸克质量情况下手征对称性自发破缺存在的区域与耦合强度及夸克流质量之间的关系。作为对称性保持的夸克模式的手征磁化率效应的应用,我们讨论了有限流质量和有限温度情况下的手征对称性自发破缺及其恢复,说明温度升高相当于耦合强度减弱的效应,并且在具有较好QCD基础的框架下,证明了π凝聚(即:超流相)出现的条件是临界同位旋化学势与真空下π介子质量相等。
讨论手征对称性在强相互作用物质中的变化行为可以使我们更好的理解手征对称性的本质特征。本文总结了我们所发展的处理小夸克化学势的强相互作用物质系统的一个有效途径,分析了夸克禁闭效应对化学势依赖的夸克凝聚行为的影响,说明增强夸克禁闭强度和减小屏蔽效应可以增大夸克凝聚随化学势增大而减弱的速率。据此,我们首次提出强相互作用物质的真空组态既包含手征夸克凝聚模式又包含Goldstone玻色子。我们还给出了π核子Sigma项随核物质密度变化的行为,讨论了其对密度依赖的夸克凝聚的影响,说明π核子Sigma项的核物质密度依赖性也可以减小夸克凝聚随物质密度增大而减弱的速率。对于中等密度的强相互作用物质,我们提出一个夸克化学势依赖的有效胶子传播子模型,并说明该化学势依赖性可以加速手征对称性恢复过程。此外,我们还讨论了有限体积效应对手征对称性和同位旋对称性的破缺及恢复的影响,说明增大系统的体积(减小半径)使手征对称性破缺、同位旋对称性恢复;而在很小半径(较大密度)情况下,手征对称性和同位旋对称性都可以恢复。