Nghiên cứu cấu trúc pha của chất hạt nhân đối xứng và không đối xứng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC sư PHẠM HÀ NỘI HOÀNG PHƯƠNG ANH NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC PHA CỦA CHẤT HẠT NHÂN Đối XỨNG VÀ KHÔNG ĐỐI XỨNG Vật lý Chuyên ngành 60 44 Mã số Người TS. hướng dẫn lý thuyết vật lý toán 01 03 Nguyễn Văn Thụ LUẬN VĂN THẠC Sĩ KHOA HỌC VẬT CHAT HÀ NỘI-2014 Lời cảm ơn Để hoàn thành luận văn này, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy hướng dẫn khoa học - TS. Nguyễn Văn Thụ - người thầy trực tiếp hướng dẫn, bảo tận tình cho em suốt trình thực đề tài nghiên cứu. Em xin chân thành cảm ơn thầy cô phòng Sau đại học Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2; thầy cô giáo dạy chuyên ngành vật lý lý thuyết vật lý toán tận tình giảng dạy, tạo điều kiện giúp đỡ em hoàn thành luận văn tốt nghiệp. Lời cảm ơn cuối em xin dành cho gia đình người thân ủng hộ, động viên tạo điều kiện cho em học tập, nghiên cứu, hoàn thành luận văn. Em xin chân thành cảm ơn. Hà Nội,tháng - 2014 Học viên Hoàng Phương Anh Lời cam đoan Luận văn tốt nghiệp: “Nghiên cứu cấu trúc pha chất hạt nhân đối xứng không đối xứng” hoàn thành hướng dẫn tận tình, nghiêm khắc thầy giáo TS. Nguyễn Văn Thụ. Tôi xin cam đoan đề tài kết nghiên cứu không trùng với kết nghiên cứu tác giả khác. Hà Nội,tháng - 2014 Học viên Hoàng Phương Anh Mục lục 1.1 1.2 Thế hiệu dụng hình thứcluận Ginzburg - Landau 22 1.3 1.4 1.5 Mở đầu 1. Lý chọn đề tài 1.6 Việc nghiên cứu pha vật chất chuyển pha xuất từ năm 50 kỷ trước. Từ tới tượng chuyển pha vấn đề có tính thời vật lý mặt lý thuyết lẫn thực nghiệm, bao trùm toàn lĩnh vực vật lý từ hạt vật lý thiên văn. Bên cạnh đó, việc nghiên cứu cấu trúc pha lý thuyết trường trung bình vấn đề quan tâm nay. Các thí nghiệm va chạm ion nặng lượng cao công cụ mạnh tạo vật chất tương tác mạnh, đặc nóng, cung cấp hội khám phá tính chất thú vị vật chất. Chính vậy, nghiên cứu chuyển pha tính chất chất hạt nhân trở thành chủ đề nóng, hấp dẫn mạnh mẽ nghiên cứu thực nghiệm lý thuyết. 1.7 Thật vậy, cấu trúc pha chất hạt nhân đối xứng nghiên cứu đầy đủ lý thuyết trường trung bình kết thu tương đối phù hợp với thực nghiệm. Tuy nhiên tính toán theo phương pháp phức tạp, tốn nhiều thời gian công sức. Vì vậy, tìm hiểu cấu trúc pha chất hạt nhân đối xứng theo cách tiếp cận đơn giản, hình thức luận Ginzburg - Landau. Ngoài ra, với chất hạt nhân không đối xứng việc nghiên cứu cấu trúc pha gặp nhiều khó khăn tồn spin đồng vị. 1.8 Chính lý mà chọn đề tài “Nghiên cứu cấu trúc pha chất hạt nhân đối xứng không đối xứng” làm đề tài 1.9 nghiên cứu. 2. Mục đích nghiên cứu - Nghiên cứu cấu trúc pha chất hạt nhân đối xứng chất hạt nhân không đối xứng. - Tìm hiểu biến thiên số đại lượng nhiệt động chất hạt nhân đối xứng chất hạt nhân không đối xứng. 3. Nhiệm vụ nghiền cứu - Với chất hạt nhân đối xứng 1.10 bậc sáu. + Xây dựng hiệu dụng hình thức luận Ginzburg - Landau đến gần 1.11 + Tính toán đại lượng nhiệt động lân cận điểm tới hạn. - Với chất hạt nhân không đối xứng 1.12 + Xác định cấu trúc pha. 1.13 + Khảo sát biến thiên đại lượng nhiệt động. 4. Đối tượng phạm vi nghiền cứu - Chất hạt nhân đối xứng chất hạt nhân không đối xứng. - Hình thức luận Ginzburg - Landau phương pháp trường trung bình. 5. Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp gần trường trung bình. - Thế hiệu dụng hình thức luận Ginzburg - Landau. - Dùng phần mềm Mathematica để tính số. - Tra cứu tài liệu. 6. Những đóng góp đề tài - Tìm mối liên hệ điểm tới hạn critical end points tri-critical point. - Tính chất đại lượng nhiệt động lân cận điểm tới hạn. 7. Cấu trúc luận văn 1.14 • Phần nội dung gồm ba chương: Trong chương I, trình bày tổng quan vấn đề nghiên cứu. • Trong Chương II, trình bày cấu trúc pha chất hạt nhân đối xứng hình thức luận Ginzburg - Landau. 1.15 Trong Chương III, trình bày cấu trúc pha chất hạt nhân không đối xứng. 1.16 Chương 1.17 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Vai trò việc nghiên cứu cấu trúc pha lý thuyết hạt nhân 1.1.1 Khái niệm pha chuyển pha vật chất. 1.18 -Pha vật chất 1.19 Những trạng thái (cân bằng) vật đồng chất xác định hai đại lượng nhiệt động cho trước đó, chẳng hạn thể tích V lượng E. Tuy nhiên, ta sở để khẳng định cho trước cặp giá trị V E trạng thái đồng chất vật tương ứng với trạng thái cân nhiệt. Có thể trạng thái cân nhiệt với E V cho vật không đồng chất mà tách thành hai phần đồng chất tiếp giáp trạng thái khác nhau. 1.20 Những trạng thái khác vật chất đồng thời tồn nằm cân với tiếp gọi pha khác vật chất. Hay nói cách khác tập hợp “phần” có tính chất vật lý hóa học hệ nhiệt động gọi pha. Các “phần” hiểu theo nghĩa rộng nhiều trường hợp chúng không phân cách không gian. Hai pha đồng thời tồn mộtkhông gian hệ. Ví dụ: bình kín đựng nước, nước hỗn hợp không khí nước trộn lẫn với nhau. Các pha vật chất trạng thái vật chất khác (rắn, lỏng, khí) mà biến tinh thể khác chất rắn đó. Ví dụ: kim cương than chì pha rắn khác cacbon. 1.21 Cần ý nói đến pha rắn phải hiểu pha vật chất khác hẳn với pha lỏng, nghĩa phải hiểu trạng thái rắn kết tinh. Vật rắn vô định hình nung nóng chuyển sang trạng thái lỏng cách liên tục, nghĩa nhiệt độ tăng mềm dần bước nhảy vọt (tức biến chuyển đột ngột) sang trạng thái rắn. Vì vật rắn vô định hình không gọi pha rắn vật chất. Chẳng hạn thủy tinh trạng thái rắn trạng thái lỏng không gọi pha khác nhau. - Khái niệm chuyển pha vật chất 1.22 Trước hết biết điều kiện để hai pha cân với 1.1 1.23 1.24 hay 1.25 (1.1) 1.26 Nếu biểu diễn áp suất nhiệt độ trục tọa độ điểm có cân pha nằm đường cong (đường cong cân pha) điểm nằm hai bên đường cong trạng thái đồng chất vật. Khi trạng thái vật biến đổi dọc theo Triple Point Tc 1.27 T| 1.28 1.29 Dec o n fi n e m e n t 1.30 C hiral? 1.31 \ 1.32 Had r o n i c \ Q u a r k y o n i c 1.33 1.34 1.35 H ình 1.1: Giản đồ pha QCD mặt phẳng Liquid-Gas Pairing hóa nhiệt độ. 1.36 m ột đường cắt đường cong cân pha ta gặp phân lớp pha sau vật chuyển sang pha khác chuyển pha. 1.37 Giả n đồ pha sắc động học lượng tử (QCD) mặt phẳng hóa nhiệt độ T [23] phác họa hình 1.1 tập hợp trạng thái cân với F ~ ~ g : 1.421 + J K M* +n n , __ t+ ++ n ~) 1.422 1.423 г 00 ỵ2 - / dk * {n~_ +rít +n~ + nt) 1.424 Jo к 1.425 Г00 k M * - J DK (3.45 ) (3.46 ) ™ 2T [ N Z (ra: -1) + [...]... thái, cấu trúc pha của chuyển pha khí - lỏng loại một của chất hạt nhân ở mật độ dưới mật độ bão hòa và cấu trúc pha của chuyển pha chiral Chuyển pha loại một của chuyển pha khí - lỏng bắt đầu tại nhiệt độ T = 0 yếu dần khi T tăng và cuối cùng kết thúc tại điểm tới hạn T < 18 MeV Kịch bản chuyển pha này được khẳng định bởi nghiên cứu biến đổi của thế nhiệt động theo khối lượng hiệu dụng của nucleon và. .. t n h â n đ ố i x ứ n g 1.2.1 Các nghiên cứu trong gần đúng trường trung bình 1.39 Tron g các nghiên cứu, người ta đã tìm một mô hình chất hạt nhân thích hợp, sao cho nó có thể tái hiện được các tính chất bão hòa đã quan sát được của chất hạt nhân, mô tả rõ ràng chuyển pha khí - lỏng loại một xảy ra tại mật độ dưới mật độ bão hòa trong chất hạt nhân và phục hồi đối xứng chiral chính xác 1.40 Từ mô hình,... thái Sự hồi phục đối xứng chiral dẫn tới chuyển pha loại hai trong vùng 0 < T < 171 MeV và chuyển pha loại một trong vùng T > 171 MeV 1.2.2 Lý thuyết chuyển pha Landa u 1.41 Cấu trúc pha của chất hạt nhân đã được nghiên cứu tương đối đầy đủ trong lý thuyết trường trung bình Một trong các kết quả điển hình được trình bày ở [30] ở đó các tác giả đã xác định được giản đồ pha và vị trí của điểm tới hạn... cụ tốt để tạo ra vật chất tương tác mạnh 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 đặc biệt là các tiên đoán về chuyển pha ở mật độ và nhiệt độ cao Nói cách khác, nghiên cứu các tính chất vật lý của hạt nhân đặc biệt là trúc cấu pha là cần thiết và thích hợp cả về phương diện lý thuyết và thực nghiệm 1.2... đúng trường trung bình đối với trường meson và phương pháp gần đúng một loop đối với trường fermion , ta sẽ xác định thế nhiệt động, kiểm tra hiệu lực của mô hình bằng việc tái hiện lại các tính chất bão hòa đã quan sát được của chất hạt nhân, tính các đại lượng vật lý mà thực nghiệm đã khống chế được là khối lượng của nucleon trong môi trường, hệ số không chịu nén của chất hạt nhân ở mật độ bão hòa,... đã có những tiến bộ khi nghiên cứu hệ ở trạng thái có mật độ baryon bằng 0 và nhiệt độ cao Kết quả tính toán mô phỏng gần đây nhất [16] tiên đoán chuyển pha chiral và chuyển pha không giam cầm kiểu crossov er tại nhiệt độ quanh 170 MeV Vùng có mật độ và nhiệt độ thấp, tức là vật chất nằm trong pha hadron chỉ được nghiên cứu tới một chừng mực nào đó Nhìn chung, vật chất ở mật độ và nhiệt độ hữu hạn vẫn... CEP là điểm kết thúc của giản đồ pha) Tọa độ của CEP (tọa độ của điểm kết thúc của giản đồ pha) này được xác định bởi = TCEP 20 MeV, Ụ - C EP — 907 MeV trong hệ trục nhiệt độ và thế hóa của nucleon 1.42 Theo tìm hiểu của tôi, hiện nay khảo sát chuyển pha theo hình thức luận Landau chủ yếu được áp dụng cho vật chất quark mà chưa có tác giả nào áp dụng phương pháp này cho chất hạt nhân Áp dụng phương.. .của hệ Cho đến nay, người ta vẫn chưa biết vị trí chính xác của 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 mật độ và nhiệt độ là một bài toán cực kì hóc búa Các vùng có thế hóa và (hoặc) nhiệt độ lớn, các kết quả tính toán lý thuyết vẫn chưa thể... biết và là đối tượng xây dựng các mô hìnhng hiên 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 khá phức tạp khi người ta cố gắng mô tả chúng theo các phần tử hợp thành 1.38 Tuy nhiên, hiểu theo một nghĩa khác, vùng này là hấp dẫn và thử thách vì nhiều vấn đề vật lý chưa biết và . xứng và không đối xứng làm đề tài 1.9 nghiên cứu. 2. Mục đích nghiên cứu - Nghiên cứu cấu trúc pha của chất hạt nhân đối xứng và chất hạt nhân không đối xứng. - Tìm hiểu sự biến thiên của một. Với chất hạt nhân không đối xứng 1.12 + Xác định cấu trúc pha. 1.13 + Khảo sát sự biến thiên của các đại lượng nhiệt động. 4. Đối tượng và phạm vi nghiền cứu - Chất hạt nhân đối xứng và chất hạt. thiên của một số các đại lượng nhiệt động của chất hạt nhân đối xứng và chất hạt nhân không đối xứng. 3. Nhiệm vụ nghiền cứu - Với chất hạt nhân đối xứng 1.10 + Xây dựng thế hiệu dụng trong hình