2020年度贵州省自然科学奖项目公示材料
一、项目名称：
高温高密核物质形态的产生及其性质研究
二、项目简介
格点量子色动力学（LQCD）预言，极端高温/高密环境会诱导普通核物质退禁闭为夸克－胶子等离子体（QGP）物质形态。通过相对论重离子碰撞，探测 QGP 物质信号，研究夸克物质的性质，检验格点 QCD 预言，是当今世界各国科学家十分关注的物理学重大前沿课题之一。围绕此科学问题，在国家自然科学基金重大国际合作、面上与青年等项目支持下，本项目深入探索了 QGP 的产生及其演化机制的新理论和新方法，持续开展了部分子能量损失、色玻璃凝聚理论（CGC）和 QCD 非微扰物理等方面的原创性研究工作，取得了一系列有重要影响力的研究成果：
1、构建了基于 DGLAP 演化的热核环境中部分子碎裂函数理论
率先采用路径积分方法，计算了热密 QCD 物质中重夸克的能量损失，得出了解析的粲夸克辐射能量损失公式，发现了重夸克能量损失与其自身能量和质量之间的物理规律，引起了广泛关注，被同行称之为XDZR 理论。同时，在共线因子化的框架下，推导了部分子多重散射诱导辐射能量损失，分析了质子- 核Drell-Yan 碰撞过程中的二重散射问题，实现了能量损失效应对入射部分子分布函数的修正，揭示了核修正因子对于部分子能量损失效应的依赖。在此基础上，提出了热密 QCD 物质修改部分子分支几率方法，创新性地应用 DGLAP 演化机制，改进了热核环境中的部分子碎裂函数，解决了能量平移方法中能动量不守恒、缺少虚度演化以及介质与真空的碎裂函数耦合等一系列问题，实现了理论对 RHIC 和 LHC 能区高横动量领头粒子产额压低实验数据的描述。基于这一理论，发展出了热密物质中粒子产生的模拟软件包 Q-Pythia，实现了对末态部分子分支过程中介质诱导胶子辐射的模拟，被国际同行广泛使用，推动了高能核物理唯象理论的发展。
2、建立了基于坡密子圈效应的色玻璃凝聚高阶贡献新理论
基于统计物理中反应扩散过程，提出了含坡密子圈效应的散射振幅新方法，突破了求解无穷维 QCD演化方程的瓶颈，建立了胶子数涨落效应的理论模型，发现了 HERA 能区电子-质子散射实验中的胶子数涨落现象，证实了高阶色玻璃凝聚（CGC）理论预言。同时，建立了电子-质子衍射过程的坡密子圈理论，揭示了衍射过程中也存在胶子数涨落现象，完善了高阶色玻璃凝聚理论。基于这一理论，结合Froissart 原理，发现了坡密子圈情形下偶极子截面与碰撞参数的依赖机制，表明了其对胶子饱和区域半径有较大贡献，揭示了坡密子圈效应对总散射截面的重大影响。
基于饱和区域中 S-matrix 的性质，提出了解微分-积分方程的新策略，简化了跑动耦合常数效应修正的 CGC 方程，取得了解析的次领头阶偶极子-核散射振幅，促进了 CGC 理论对高能核物理实验的指导。在此基础上，加入了稀有涨落效应，发现了该效应在跑动耦合常数情形下被极大地压低，揭示了跑动耦合常数对胶子饱和系统演化的主导机制。建立了解完整次领头阶偶极子振幅有效的方法，获得了饱和区域中解析的完整次领头阶偶极子振幅，提高了模型精度，为 CGC 模型定量描述实验数据提供了基础，为寻找胶子饱和物质存在的证据提供有效方法。
3、提出了 QCD 多粒子不可约有效理论计算新方法
推广了 QCD 非微扰物理的多粒子不可约（nPI）有效理论，揭示了这一有效理论与传统微扰 QCD 展开序列之间的对应关系，发现了多粒子不可约有效理论运动方程与Schwinger-Dyson 方程之间的等价性，解决了这两种不同的重要非微扰方法间无法有效过渡的难题。基于对有效理论的圈图结构分析，提出了引进辅助裸顶点的新方法，建立了计算多粒子不可约有效作用量的系统理论，解决了传统计算中多重勒让德变换极其复杂的困难。首次取得了 n=6 情形下的不可约有效作用量的具体形式，有力的推动了 QCD 非微扰物理的发展。
项目执行期间的 29 篇论文发表在 Journal of High Energy Physics（JHEP）、 European Physical
Journal C（EPJC）、Physical Review D（PRD）、Physics Letters B（PLB）、European Physical Journal A（EPJA）、Journal of Physics G（JPG）等国际著名期刊上；据 Web of Science 统计代表性论文 1 单篇引用达 56 次（附件 4）。项目组成员组织国际会议 1 次，担任国际会议主席一次，作特邀报告 2 次（附件 6-4）。项目组成员入选省部级人才培养计划 3 人次，获省部级自然科学优秀学术论文二等奖 1 项（附件 6-5）。
五、主要完成人
第一完成人：向文昌
对本项目技术创造性贡献：提出了介质修正的部分子碎裂函数，从理论上解释了热密介质中部分传输系数的实验结果；建立了一套处理色玻璃凝聚态演化方程的解析方法，揭示了胶子数涨落现象对 HERA 能区质子结构函数的作用。代表性论文 1-4。
第二完成人：蔡绍洪
对本项目技术创造性贡献：在建立色玻璃凝聚态演化方程的解析解方面做了突出贡献。代表性论文 4。
第三完成人：郭云
对本项目技术创造性贡献：分析了粘滞效应对夸克偶素的影响；通过有效势方法，发展了退禁闭相变矩阵，较好预言了 GQP 热学性质。代表性论文 5。
第四完成人：周代翠
对本项目技术创造性贡献：对项目主要学术贡献：在探测器研制、物理模拟和分析方面做出了重要贡献，对硬探针 QGP 信号进行了测量及关联分析研究。代表性论文 4。
六、主要完成单位
第一完成单位：贵州财经大学
对本项目科技创新和推广应用情况的贡献：本项目的主要完成人向文昌和蔡绍洪是贵州财经大学的教师，第一完成人向文昌对本项目的贡献达 50%以上，对热密 QCD 介质修改部分子碎裂函数和小 x 演化振幅的次领头阶效应研究作出了重要的贡献。
第二完成单位：广西师范大学
对本项目科技创新和推广应用情况的贡献：研究了 QGP 的物理性质及 QCD 的相图与相结构，发展了退禁闭相变矩阵模型，很好的预测了QGP 相变变热力学性质。
第三完成单位：华中师范大学
在探测器研制、物理模拟和分析方面做出了重要贡献，对硬探针 QGP 信号进行了测量及相关关联分析研究。
