原子核物理论文3000字

原子核物理论文3000字

核物理是研究射线束的产生、探测和分析技术;以及同核能、核技术应用有关的物理问题。下面我给大家分享一些核物理学术论文，大家快来跟我一起欣赏吧。

激光核物理

摘 要 在最近十年,激光技术有了长足的进展,激光的强度超过了1022W/cm2, 激光的电场达到~4×1012V/cm.当这种高强度的激光照射在靶上时,可以产生许多由激光产生的核反应现象.在这篇 文章 中,作者回顾了这一领域的 研究 进展,并对在不远的未来激光产生 电子 ?质子?中子?X射线和正电子 发展 的潜力进行了一些讨论.

关键词 啁啾脉冲放大,粒子云,正电子发射层析术,库仑爆炸

1 什么是

最近十年中,激光技术有了显著的进展,激光强度已超过1022W/cm2,激光的电场强度达到3.8×1012V/cm,比氢原子中电子玻尔轨道上的库仑场大759倍,相当于在原子大小上相应加上约40kV的电压,在原子核大小上相应加上约0.38V的电压,在这种很强的电场作用下,所有的原子都会在极短的时间内被电离,产生从几个MeV到几百MeV的质子,几十MeV到GeV的电子和其他粒子,以及韧致辐射和中子,这些粒子可以产生核反应,打开了核物理以及非线性相对论光学研究的新领域[1—3].

在今后的十年中,激光强度可能会提高到1026—1028W/cm2,这样高强度的激光可以将粒子加速到1012—1015eV,并将成为研究粒子物理?引力物理?非线性场论?超高压物理?天体物理和宇宙线研究中的一个有力工具[1].

超高功率超短脉冲激光技术的发展,在实验室中创造了前所未有的极端物态条件,如高电场?强磁场?高能量密度?高光压和高的电子抖动能量?高的电子加速度,这种极端的物理条件, 目前 只有在核爆中心?恒星内部?星洞边缘才能存在,在它和物质的相互作用中,产生了高度的非线性和相对论效应,产生了崭新的物 理学 领域,也为多个交叉学科前沿研究领域带来了 历史 性的机遇和拓展的空间.

2 国内外研究现状

当前国际上已经在一些实验室中建立了几十TW到几个PW的激光系统,在上世纪80年代中期,以前激光的强度长期停留在1014W/cm2左右,这是由于非线性吸收效应随着激光强度的增加而迅速增强,在80年代中期之后,由于采用了啁啾脉冲放大技术(chirped pulse amplification, CPA),激光强度提高了6—7个数量级,在CPA技术中,一个飞秒或皮秒的脉冲通过色散的光栅对在时间尺度将它展宽了3—4个数量级,这样就避免了放大器的饱和以及在很高强度时由于非线性效应产生的光学放大器件的损伤,在经过放大以后,再由另一光栅对将脉冲宽度压缩回到飞秒或皮秒宽度,以获得1019W/cm2到1022W/cm2的靶上功率密度.CPA超短脉冲TW的激光装置在法国光学 应用 研究所?瑞典Lund大学?德国Mark-Plank研究所?德国Jena大学?日本JAERI和 中国 工程物理研究院?中科院上海光学精密机械研究所?中科院物理研究所?中国原子能 科学 研究院等都建有.日本原子能研究所采用变形镜和CPA相结合的技术,运用低f值的抛物面镜,将激光聚焦于1μm的斑点,可以进一步提高焦斑上的功率密度,但是由于放大介质的单位面积上的饱和能量通量和光学元件的损伤阈值的限制,单位面积上最大的光强度?I??th?=hν3σΔν?ac2?,这个数值约为10?23?W/cm2.美国LLNL正在计划建造10?18?W(exawatt)和10?21?W(zettawatt)的激光装置,以期获得1026W/cm2 —1028W/cm2的靶上功率密度.

高强度的激光可以引起许多核反应,当激光强度I>10?18?W/cm2时,在激光电场做抖动的电子能量达到0.511MeV,产生了相对论等离子体.运用强激光在等离子体中产生的尾场去加速电子,如用一台紧凑型的重复频率的激光器可以产生200MeV的电子.这种激光等离子体型的加速器具有比通常电子加速器高出1000倍的加速梯度,即达到GV/m.运用高强度?单次脉冲的激光也获得了100MeV的电子,并测量到它的韧致辐射.超短超强激光还可以产生质子束,并开始运用这些质子束产生正电子发射层析术(positron emission tomography,PET)所需要的短寿命的正电子放射源,一种用激光来产生的小型化的和 经济 的质子产生器有望在未来用于质子治癌.运用超短超强激光直接产生正电子已在英国卢瑟福实验室开展,他们用重复频率的TW级的激光,打在高Z元素的靶上得到每脉冲2×107个正电子,它对于基础研究和材料科学很有用途.通过超短超强激光和氘团簇的相互作用,产生聚变反应的中子,其中子产额可以达到105中子/焦耳,激光产生中子的能量效率已达到世界上大型的激光装置的水平,它可以成为台面的中子源,由于其中子脉冲通量高,但总的中子剂量很小,适合于生物活体的中子照相和材料科学的研究.运用超短超强激光和氘化聚乙烯作用产生中子,Hilsher等人用钛宝石激光(300mJ, 50fs, 10Hz, 10?18?W/cm2) 轰击氘化聚乙烯靶,产生104中子/脉冲.运用超短超强的激光在相对论性的电子上的散射,产生几百飞秒?几十埃的硬X射线,可以用来研究材料和生命科学的一些 问题 ,这种超快的硬X射线源对于研究一些高Z物质和时间分辨的超快现象具有重要的意义.超短超强激光所产生的高能电子,在物质中产生高能X射线,可以在裂变物质铀中引起裂变,并在裂变靶中探测到许多裂变产物.在激光的强度达到1028W/cm2时,电场强度只比Schwinger场(真空击穿场强)低一个数量级,在这样的场中,由于真空的涨落被激发,激光就有可能从真空中产生正负电子对,美国Lawrence Berkerly实验室在SLAC高能加速器上,用10?18?W/cm2的激光束和聚焦性能很好的46.6GeV的电子束相碰撞,产生了200多个正负电子对,这是由于在反向相碰的电子和激光中,从电子的坐标系来看,激光的场强增强了Lorentz因子倍,以至于可以远远地超过Schwinger场值,直接从真空中产生一些电子对.

3 新的科学研究的 内容 ,新的交叉点

3.1 激光产生高能电子[4—7]

产生高能电子的机制有两种:第一种是在激光场作用下,电子做抖动运动,在激光强度I=10?20?W/cm2时,电子抖动运动能量能达到10MeV;第二种是由非线性效应所产生的能量比较高的部分.用300J,0.5ps的激光照射在厚的金靶上,测量到的电子能谱分布基本上由两个部分组成:一部分是由有质动力产生的,它的能量在20—30MeV以下,还有一部分就是由非线性效应产生的几十MeV以至100MeV以上的高能量的电子,并和粒子云(particle in cell,PIC) 的 计算 结果符合,目前加速电子最高能量已达1GeV.能散度可达3% .

当激光的强度增加时,光波的压力变得很大,光压推着电子往前走,光波就像一个光子耙将等离子体中的电子推到脉冲的前面积累,形成电子的“雪耙”(snow plow) ,在这种“雪耙”加速中,电子的动能得到增益.在综合了光压作用和激光场的作用后,计算得到在激光强度为I=1026W/cm2时,加速梯度可达200TeV/cm,如果加速长度达到1m,电子能量为2×10?16?eV,在I=1028W/cm2时,加速梯度可达2peV/cm,加速长度为1m时,电子能量为2×10?17?eV,可以用来研究高能物理中的许多问题.

3.2 激光产生质子束[8,9]

在激光等离子体中,在I=10?20?W/cm2的情况下,加速质子的能量可以高达58MeV.加速梯度约为1MV/μm.质子被加速的距离只有60μm左右,如何增长加速距离成为非常重要的研究内容,加速质子的机制是相当复杂的,也提出了一些加速模型的设想.实验上的研究结果已显示它存在很好的应用前景.这表现在:

(1) 激光能量转换成质子束能量的效率是高的,而且和激光的能量有关,在激光脉冲能量为10J?宽度为100fs时,转换效率为1%,当500J?500fs时,转换效率为10%,人们已经获得了10?13?质子/脉冲,质子脉冲宽度约1ps,相当于10?25?质子/秒,即?1.6×?106A的脉冲质子流.

从 理论 到实验应该研究如何进一步提高能量转换效率的问题,尤其是当激光能量进一步提高时,转换效率是否还继续上升.

(2) 质子束的发散角比较小,观察到的横向发散角为0.5mm·mrad,比通常加速器上加速的质子束的发散角小.

(3) 高能质子束的获得可能会在今后的十年中实现,按照Bulanov等人的计算结果,在I=10?23?W/cm2时,质子可以被加速到1GeV以上,在I=1026W/cm2和1028W/cm2时,质子能量可以达到100GeV和 10TeV.

(4) 目前已获得几十MeV的质子束,并已用于为PET产生?18?F等短寿命的正电子源,在英国Rutherford实验室的Vulcan装置上,在20分钟内制备了109Bq的?18?F源,已经可以用在PET上.

(5) 产生200MeV的质子,并用于质子治癌,由于它在能量沉积上的优越性能,以及整个装置可以做得小,成本低,所以在治癌应用上很有发展前景,并可应用于中子照相.目前由激光加速产生的质子的能量分散度为17%.治癌应用要求能散度≤3%左右,因此减少能散度的工作在一些实验室正在进行中.

3.3 激光产生中子[10,11]

超短超强激光加热氘团簇产生核聚变,已经产生了104中子/脉冲或105中子/焦耳,从激光的能量转换成中子的效率看,和美国LLNL上的大型激光器NOVA上的每焦耳激光的中子产额相当,比日本大阪大学的大型激光装置Gekko 12上的数值大一个数量级,因此是一种很有 发展 前景的桌面台式的中子发生器,因为这种中子源的时间宽度只有1ps,是一个高中子通量的中子源,可用于材料 科学 和中子照相.

氘的团簇在吸收激光能量后要发生库仑爆炸,应该说到现在为止对于库仑爆炸的机理理解尚不非常清楚,尤其是团簇爆炸后产生的氘分子和氘的小团簇如何产生氘-氘的聚变反应也缺乏细致的了解,在进一步的改进方面,还有发展的余地,例如,如何采用多束的超短超强激光同时照射团簇,或用大于50T的脉冲磁场去推迟热等离子体的解体时间,以增加中子产额.

利用超短超强激光和氘化聚乙烯作用来产生中子,Hilsher等人用钛宝石激光(300mJ,50fs,10Hz,10?18?W/cm2)轰击氘化聚乙烯靶也产生了104中子/脉冲,大约每焦耳的激光产生3.3×104中子.Disdier等人用20J,400fs,5×1014W的激光辐照CD?2靶,获得107中子,每焦耳激光产生了3.5×105中子,这是很高的中子产额,他们还要用500J,500fs,1pW的激光照射CD?2,以获得更多的中子.

在激光辐照CD?2平面靶时,除了要 研究 激光能量在CD?2靶上的能量沉积的分布外,如何充分地利用沉积的能量是一个很重要的 问题 .沉积的能量有很大一部分要转变成等离子体的动能,在平面靶的情况下,如何设计靶面形状,以最大限度地使等离子体的动能对D-D反应做贡献.

3.4 激光产生硬的超短(~100fs)X射线[12]

用超短超强激光(50mJ,0.5TW,100fs)和50MeV的 电子 束散射可以产生4nm,300fs的硬X射线,虽然转换效率不高,但产生的X射线强度可以在Si表面产生衍射峰,可以用来研究Si表 面相 变过程(从固相→熔化过程)的时间分辨的研究,也可以研究蛋白质折叠动力学,蛋白质的折叠时间为1ns,用300fs的硬X射线可用来了解它的折叠过程中的状态.

3.5 激光产生正电子[13,14]

将具有几个MeV的电子,经过很好地准直后,射到一个高Z的靶上,通过Trident过程(Z+e-→Z′+2e-+e+)和Bethe-HEitler过程(Z+r→Z′+e-+e++r′)产生正电子,采用重复频率的超短超强激光和高Z靶的相互作用,每脉冲可以产生2×107个正电子,经过慢化后,储存在磁场中,它对于基础科学和材料科学的研究是很有用的.

4 主要存在的问题和 分析

这门新兴的交叉学科在国际上也只有十多年的 历史 ,但发展十分迅速,搞激光技术和原子核物理的科学家们已经开始在一起召开学术研讨会,共同参加一些实验,由于它是一个新的生长点,发展比较快,也比较容易发现一些新现象,所以合作的积极性也在日益增长.随着超短超强激光技术的发展,在粒子加速?核物理?甚至粒子物理方面可以做出一些很好的工作来.我国发展的情况有些滞后,学科之间的交叉和合作还没有真正形成,学科之间的了解和交流还不够,因此只在交叉学科的边缘上做了一些工作,按照我国在激光技术和核物理方面的力量来说,都应该有可能做出更多更好的工作. 目前 具有超短超强激光装置的研究单位并不少,但将它们运行好,做出好的物理工作的成果并不多.

国内的情况也和国际上相似存在着一个问题,即搞强激光技术的专家和搞核物理和粒子物理专家之间的交流?讨论不够,这就会 影响 这一交叉学科的发展.

从强场物理到超短超强激光技术,到 应用 于各个领域,在世界上是基础科学和技术进步相互推动,相互作用的一个范例,基础研究的需求,以及光学科学的基础,非线性科学的基础,促进了超短超强激光技术的发展,而高强度激光的发展又为物 理学 的发展提供一个崭新的世界.

参考 文献

[1] Tajima T, Mourou G. Physical Review Special Topics\|Accelerators and Beams, 2002, 5:037301

[2] Mourou G, Tajima T, Bulanov S V. Reviews of Modern Physics, 2006, 78: 309

[3] Lee mans W P et al. Nature Physics, 2006, 2: 696

[4] Thomas Katsouleas. Nature, 2004, 431: 515

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[6] Geddes C G R et al. Nature, 2004, 431: 538

[7] Farue J et al. Nature, 2004, 431:541

[8] Wilks S C et al. Physics of Plasma, 2001, 8:542

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[11] Zweiback J et al. Phys. Rev. Lett.,2000, 85:3640

[12] Kmetec J D et al. Phys. Rev. Lett.,1992, 68: 1527

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[14] Gahn C et al. Phys. Rev. Lett., 1999, 83 :4772

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科学是反映事实真相的学说。科学首先是一种学说，这种学说是对事实真相的客观反映。科学与事实真相的关系是密不可分的。 科学
科学是文明的永恒、普适、唯一性就是科学.科学有别于真理，真理就是一定前提条件下的正确的客观规律及其描述，而科学就是一定条件下的合理的方法、实践机器描述；科学不一定是真理，真理就一定是科学。 科学就是把任何被研究的对象.进行无限放大和无限缩小，在无限放大和缩小的过程中.找到接近100%的完美理论.得出价值.做出贡献.看看你现在的生活.航母.互联网等等........这些科学的意义平凡于人类的生活当中。科学是求真务实的态度和思维严谨地研究问题的方法。 科学是运用范畴、定理、定律等思维形式反映现实世界各种现象的本质和规律的知识体系，是社会意识形态之一。了解中国科学的权威著作是-李约瑟和他的《中国科学技术史》. 科学是运用范畴、定理、定律等思维形式反映现实世界各种现象的本质和规律的知识体系，是社会意识形态之一。科学是人类智慧结晶的分门别类的学问。科学就是讲求证据，逻辑严密的人类认知。 哲学家和科学家经常试图给何为科学和科学方法提供一个充分的本质主义定义但并不很成功。尼采认为人们容易忘记，科学其实是一种社会的、历史的和文化的人类活动，它是在发明而不是在发现不变的自然规律。某些后现代主义哲学家，像费耶阿本德（Feyerabend）和罗蒂，可能会同意他的这种看法。他也认为，落入科学主义窠臼是愚蠢的---科学主义相信科学能最终解决所有人类问题，或者发现隐藏在我们感觉经验到的日常世界背后的某些真实世界的隐藏真理。但是，他完全支持把科学视为一种现象学的、实用的---因此不太野心勃勃的---活动的观点。当然，后现代主义对科学的定义仍然存在很大的争议，随意引用会出错。 科学的定义：对一定条件下物质变化规律的总结。 科学的特点：可重复验证、可证伪、自身没有矛盾。 科普是科学普及的简称。 讲述自己的论据和结论，让读者自行验证此结论是可重复的规律(科学)的过程，被称为科普。 迷信是不希望听者去验证，只希望听者接受讲述观点的传播形式。 不经验证的接受方式，也是迷信。科学不一定是真理,但科学的追求目的是真理.科学的研究内容有二：一是揭示宇宙万物的本质特性和规律,二是对万物的原有状态的重组,使其成为有某种性能的能满足人们某种实践需求的东西。 对没有能力理解或验证的人讲科学，应该叫启蒙教育，多用于在儿童还不知道基本科学验证方法的时候讲述科学知识。这不适用于理论交锋之时，此时主要讲证据。学校的教材才是经得起推敲和实验证明的标准的科普读物。 迷信不一定是错的，每个人都不是全才，都会或多或少的迷信权威、专家，不经验证而相信。所以迷信不可怕。但分不清科普和迷信，就可能分不清科学和假科学。 公认，是指交谈双方认可的，不是虚指。 例如：8大行星说法的公认，是指科学大会通过决议，而不是地球 科学
上大多数人知道，或承认，后一标准是不容易验证的。 但是科学家也有错的时候：例如亚里士多德，是他那个时代最伟大的科学家，但是他的重物先落说被发现需要修正。 修正后的论述：在做自由落体实验时，如果两物体受到相同的、与运动方向相反的空气阻力，其它条件完全相同，则较重的物体先落地。 （注意：原结论重物先落证伪的最好实验不是两个不同重量的球做实验，而是带降落伞的人和小石头比，石头先落） 1888年，达尔文曾给科学下过一个定义：“科学就是整理事实，从中发现规律，做出结论”。达尔文的定义指出了科学的内涵，即事实与规律。科学要发现人所未知的事实，并以此为依据，实事求是，而不是脱离现实的纯思维的空想。至于规律，则是指客观事物之间内在的本质的必然联系。因此，科学是建立在实践基础上，经过实践检验和严密逻辑论证的，关于客观世界各种事物的本质及运动规律的知识体系。 《辞海》1979年版： “科学是关于自然界、社会和思维的知识体系，它是适应人们生产斗争和阶级斗争的需要而产生和发展的，它是人们实践经验的结晶。” 《辞海》1999年版： “科学：运用范畴、定理、定律等思维形式反映现实世界各种现象的本质的规律的知识体系。 法国《百科全书》： “科学首先不同于常识，科学通过分类，以寻求事物之中的条理。此外，科学通过揭示支配事物的规律，以求说明事物。” 前苏联《大百科全书》： “科学是人类活动的一个范畴，它的职能是总结关于客观世界的知识，并使之系统化。‘科学’这个概念本身不仅包括获得新知识的活动，而且还包括这个活动的结果。” 《现代科学技术概论》： “可以简单地说，科学是如实反映客观事物固有规律的系统知识。” 长期以来，人们一直将科学与唯物主义画等号，这其实是错的。科学是表现客观世界的规律，而我们习惯性地认为唯物主义就是对的，事实上唯物主义不一定就是对的。 《中国幸福学研究》： “什么是科学？科学就是有关研究客观事物存在及其相关规律的学说。 什么是科学技术？科学技术就是利用“有关研究客观事物存在及其相关规律的学说”能为我所用，为人类所用的知识。 科学
需要指出的是，因为人们研究客观事物的不同，科学与科学技术是两个可以互相转化概念，也就是说科学可以是科学技术，科学技术也可以是科学。比如汽车发动机理论相对汽车这个事物而言，这个理论就可称之为汽车发动机科学，而汽车理论就是诸如发动机科学，机械传动科学，电子科学等科学综合应用的汽车科学技术；而发动机理论也是一门科学技术，是包含材料科学，燃料科学，力学等科学综合应用的科学技术。所以，讲科学和科学技术要有针对性，否则科学和科学技术的概念就容易混淆。”
编辑本段词语定义
「科学是暂时可被知而还没有被推翻的知识」我们称作「科学」，是存在一定的时空中有一定约束条件的可知的认识。暂时还没有被推翻掉的知识叫作科学。所以科学里面许多的定律，被另外一代，或者另外一批，新的一代的科学家，新的发现淘汰掉的时候，原来被认为是「金科玉律」绝对没有错的科学，一个一个淘汰掉。所以科学不等于「真理」。科学不过是对被造界的物质范围里面暂时一些，可靠的，但不是绝对的知识。
编辑本段基本定义
科学是崇尚真理和真实的人们的，永无止境地探索、实践，阶段性地趋于逼近真理，阶段性地解释和揭示真理的阶段性、发展性、历史性、辩证性、普遍性、特殊性、信息性等特点，尽可能不包含自相矛盾的知识体系,且是一项成果的绝大部分有利于造福人类社会的高尚事业。 科学,应该是五个方面的内容：第一，科学就是知识。第二，科学不是一般零散的知识，它是理论化、系统化的知识体系。第三，科学是人类和科学家群体、科学共同体对自然、 科学幻想
对社会、对人类自身规律性的认识活动。第四，在现代社会，科学还是一种建制。第五，科学技术是生产力，科学技术是第一生产力(邓小平提出)。 贝尔纳则把现代科学的主要特征概括为六个方面：一种建制；一种方法；一种积累的知识传统；一种维持或发展生产的主要因素；构成我们的各种信仰和对宇宙和人类的各种态度的力量之一；与社会有种种相互关系。 科学的诞生和人类的历史基本上一样久远。我们人类在地球上生活了700万年，据考古发现，大约距今30万年前，原始人就在制造石器的过程中，开始了认识自然、改造自然的实践活动。在距今一两万年前，原始人发明了新的劳动工具—弓箭。弓箭的发明人对人类社会的发展和科技的进步有着十分重要的作用。一方面利用弓箭有组织地狩猎，提…高了生产效率，而剩余的猎物则被饲养起来，使人类由狩猎进入畜牧的时代；另一方面利用弓弦绕钻杆打孔的方法钻木取火，又发明了摩擦生热的制火技术，不仅极大的提高了人类的生活质量，而且增加了生产的手段；用火炼制粘土，发明了制陶技术；用火熔化铜和铁，制造出金属农具，使人类结束了一万多年的迁徙不定的生活，进入自给自足的农业社会，从而开始了人类五千年的文明史。 同时,科学是人种人类意识对客观自然的一种正确的认识，它是来源于实践（人类认识自然和改造自然的活动），指导人类进行新一轮的实践并接受实践的检验从而进行具体有续的整理的周而复始的过程。 通俗地说，科学是一种态度、观点、方法！同时，科学的东西本身具有悖论！也就是说，不同的专业学科的东西很容易被混淆和认为是矛盾的！其实，它反映了科学地认识事物的不同的多个复杂方面！ 实际上，在此以前，由于科学一词从来就没有严格定义过，所以会引起一系列的混乱和无谓的争论。比如：科学与伪科学的区别是什么？科学与宗教的区别是什么？等等。而这些问题又是非常非常吸引人的问题。所以时代要求我们尽早地给出恰当的定义以解决这些争议。 该定义中“逼近真理的尽可能不包含自相矛盾的”该定语是自己加进去的，原因是为了明确科学的涵义，即明确科学是一个怎样的知识体系（我至今为止不明白为什么很多书上为什么不敢明确地加上它）。其中“矛盾”当然是指逻辑矛盾。 “知识体系”是人们对科学的最初认识。作为一种非常实用的知识，最重要的就是有很高的条理性和结构。这一点，任何一本经典著作都多少具有这种特色，古代最著名的要数《几何原本》了。中国的古典著作中最有条理的，也许是我不学无术，自认为对我影响最大的是《橘中秘》（一本棋书）。不过科学这种知识体系已不象某些知识体系那样规模那么小，讨论范围那么窄了，而是一个非常庞大的知识体系，其野心甚至企图包罗万象无所不及。这么大的体系仍要保持很强的条理和结构，这就显得与众不同了。但知识体系并不只有科学一种，所以必需明确科学是怎样的知识体系。定义中前面部分给出了限定，跳过一段再讨论。 很早有人就认识到了科学是一项造福人类的社会事业，但其意义是随时代发展进一步深化的。而这也是缺少教育的人们不易理解的。知识表现在书本里怎么又是一种社会活动呢？不能被别人理解，不能被别人重复验证，这本身就不叫知识，为什么还要强调其社会性呢？这是因为科学对知识的认识要远远比其它对其的认识严格。不管对巫师、宗教徒、平民还是科学家来说，知识都是指正确的陈述，正确的预见，即知识就是人认为的“真理”。但只有科学家才非常严格地审视“真理”。不光要看它的初始语句（常称为公理）是否来源于直觉、实验或有充分理由，而且严密地审查推导过程中的任何细节，并考查其任一导出结论是否与实验或生活经验相冲突。而这一系列工作都不是没有受过科学训练的人能做的，因 科学刊物
此需要教育，需要许多的科学家的共同劳动，也需要广大民众的理解和各方面的支持。随着科学的越来越发达，科学的复杂程度越高，其社会性也就越强。 “逼近真理”是强调科学的特质，与其它相比，科学最强调怀疑和创新，因为科学是以不存在先知先觉为前提的。同时科学也非常强调继承和借鉴！认为所有知识都是人对客观世界的认识，虽然科学追求的是主客观世界的统一，但毕竟主观世界与客观存在并不是一回事，知识再正确，也只是逼近对世界的描述，而不就是客观世界。比如说：理想气体模型它能非常好的描述在常温常压下的氧气、氮气和二氧化碳等气体，是因为这些气体分子的线度远小于它们之间的距离。而范德瓦尔斯对理想气体模型的修正也只是近似的描述象水蒸气那样的真实气体。科学家们懂得他们的理论一开始就是近似，所以他们从未指望从其理论导出的结论与真实世界无丝毫误差。所有的知识是人造的，是主观世界的产物，即使存在外星人，也只可能是比地球人更进化而已，他们也会有错。自然界的秘密存在于自然界本身，自然界以其自身的多样特点表现自己，但不会以文字形式借上帝之口明白地表达出来。可见用“最逼近真理”这一词项既强调科学的严密性，又强调了科学对世界的认识意义。 “尽可能不包含自相矛盾”该定语反映了科学对完美的追求，强调了科学也有个成长过程。普通人犯错误是经常的，伟人也会犯错误，象牛顿、爱因斯坦和马克思这样最受人尊敬的人物也有错误的理论。罗素的著作中，经常描写伟人的自相矛盾，比如，提倡用节育手段控制人口的马尔萨斯四年内添三个孩子；提倡无为的叔本华对晚来的荣誉欣喜若狂；被称为实验科学的始祖的培根则不知道为他治病的哈维发明血液大循环理论。伟人尚且如此，那么集所有伟人智慧的科学内容要想没有一点自相矛盾的暇点则十分困难，而且体系越大越难以没有错误，特别是新学科，需要时间的检验。任何科学都有个成熟的过程。另外，随着时代的发展，原有的科学也许是某种情境下的近似，在无限推广时就可能出现矛盾，而科学决不会装作没有看见，必定要去解决这一矛盾，使科学向前迈进。由迈克尔逊实验引起的相对论、由黑体辐射实验引起的量子力学以及理发师悖论引起的数学革命，正是排除了那些自相矛盾后发展起来的。 我们讲科学、学科学、用科学，在使用“科学”这一概念的时候，我们表达的意思究竟是什么？有必要做出明确地解释。 科学是使主观认识与客观实际实现具体统一的实践活动，是通往预期目标的桥梁、是联结现实与理想的纽带。也可以说科学是使主观认识符合客观实际（客观事物的本来面貌，包括真实的联系与变化的规律）和创造符合主观认识的客观实际（事物、条件、环境）的实践活动。这是科学的内涵。科学性就是符合客观实际的真实属性，是主观认识与客观实际能够实现具体统一的属性（是否科学，科学的，是指科学性）。使主观认识符合客观实际和探索创造符合主观认识的客观实际的实践活动过程是科学研究；创造符合主观认识的客观实际（实现预期目标）的方法、措施、手段是科学技术；创造符合主观认识的客观实际的实践活动是运用科学；符合客观实际的主观认识是科学知识；符合客观实际的普遍规律是科学理论；对人类来说首次揭示出客观实际事物本来面貌的内容是科学发现；变革现实使它产生从未有过的客观实际是科学发明；按照客观事物之间的实际联系与客观规律进行的思考是科学思考（逻辑思维）；运用科学思考的方法分析事物与问题是科学分析；依据科学分析作出的能够实现预期目标的决策是科学决策；通过多方面重复的或普遍的实践检验与科学思考，看主观认识是否符合客观实际，在多大程度上、符合什么样的客观实际，能否创造出符合主观认识的客观实际，这种态度是科学态度。用科学态度指导个人行为与社会实践，这种思想是科学意识与科学精神。科学家是在科学实践中有重大突破创新（重大发现或发明）的人。这是辩证唯物主义科学观的基本观点。 真理必须是科学的，否则就不能实现预期的目的。科学的不等于是真理，实现了杀人、放火、战争的预期目的，只是正确地运用科学，不一定符合真理，也可能是犯罪。那些只讲科学、不讲真理的人，有些人已经堕落成为社会的罪人，利用高科技实施犯罪活动已经屡见不鲜，制毒贩毒就是典型的案例。无论是自然科学还是社会科学，我们学科学知识、用科学技术、发展科学事业，都是为了实现预期的目的，只有这目的崇高而远大，才能创造人生的高价值与开拓精神的高境界，实现人的大发展；才能创造社会的高效益，促进社会和谐的大发展。科学家只有把目标定在创建和谐社会与和谐世界上，或者说把科学的功能用在实践真理与发展真理上，才能使科学成为真理，成为推动社会发展的真正动力。
编辑本段科学发展要求用科学的态度
只有正确地运用和谐发展的规律与科学技术，才能实现和谐发展的预期目的。 由于科学包含着多方面的因素，科学这个词被广泛运用，在不同场合下 科学人物
其含义不尽相同，所以人们觉得科学难以用一段话定义。就象卫星发射和运行轨迹若用一个数学表达式来反映将非常困难复杂而且难以理解，如果针对其不同阶段的轨迹采用不同的数学表达式来反映就可能比较容易实现。现在不妨试着用这种的形式来对科学进行定义： 科学活动是指人们从事探索事物存在及变化的状态、原因和规律的实践活动，以及在科学知识、理论的指导下进行的实践活动。 科学知识是指人们通过科学活动后，产生的如实描述事物存在及变化的状态、原因和规律的认识。 科学体系是指人们把相关的科学知识通过合乎逻辑的组合形成的理论体系（知识体系）。 科学发明是指人们在科学知识、理论的指引下，从事创造人类从未经历过的事物的实践活动及其产生的成果。 科学活动的要点在于求真务实、遵从客观规律，科学知识的要点在于真实，科学体系的要点在于知识的扎实和逻辑的严谨。科学的精髓是“真”。 人类高度发达的神经系统是科学产生和发展的物质基础和前提。它提供了感受、记忆、联想、想象、归纳、推理等完整的思维功能。人与生俱来的好奇心是科学产生、发展的原动力。 人类之所以从事科学活动和追求科学知识，是源于人的能力相对于许多事物来说是微不足道的，是不能与之抗衡的，因而只能顺势而为，按客观规律办事，这样才能谋得生存和发展。
编辑本段词语理解
综上所述，一般人在对“科学”这个词的理解，可能理解为“人类已经找到的代表现实的真理知识内容”（具体的科学知识）或“科学真理的理论”（科学理论体系），也可能是“如何找到并区别称为科学知识及科学理论的方法”（科学方法和科学精神），在后者中，可能也包含科学哲学。 事实上，科学的存在和发展中一个永恒的问题是标准与创新的矛盾。一方面，科学知识的出现必然形成相关的评判正误的标准，另一方面，科学知识出现的过程就是对原有标准突破 科学
的过程，因此也必然受到原有标准的限制或压制。这就需要我们更深刻地反思两种科学的悲剧：一种是推行错误的标准所导致的后果；另一种是肆意创新所带来的人道主义灾难。聂文涛面向基层医院适宜技术培训讲演中说：人类推行糖尿病“限制碳水化合物”饮食标准（John rollo标准），到重新执行“高碳水化合物”标准（如北京协和医院标准），这期间无数患者因为错误的糖尿病饮食治疗进一步丧失了健康。医学界要如何面对这样的情况？该讲演引发的强烈震动，正在于他提出了一个深刻的科学伦理问题。 斯蒂芬·茨威格在《异端的权利》原文中的两段话：“（卡斯特里奥与加尔文）在这场战争中，存在着一个范围大得多并且是永恒的生死攸关的问题。”“每一个国家，每一个时代，每一个有思想的人，都不得不多次确定自由和权力间的界标。因为，如果缺乏权力，自由就会退化为放纵，混乱随之发生；另一方面，除非济以自由，权力就会成为暴政。”这两段话隐藏着这样的意思：（1）应该给所有持异端见解的人证明自己的权利，或者说一切反对异端见解的人必须提供证据；（2）所有持异端见解的人都需要证明自己的正确，而无需在此之前抱怨社会的不理解。（3）所谓科学发展的意义，正在于改变人类原有的认识。因此，选择错误是一种权利，否则就没有科学探索的合理性。 没有标准可能丧失人道；标准本身隐含的错误也能并不人道。因此，科学是一个超越了正确和错误本身的社会问题。
编辑本段词汇来源
科学一词起源于中国古汉语，原意为“科举之学”，宋 陈亮 《送叔祖主筠州高要簿序》：“自科学之兴，世之为士者往往困於一日之程文，甚至於老死而或不遇。”而科，单独有分类，条理，项目之意，学则为知识，学问，因此到近代日本翻译西方著作的时候，在翻译英文science的时候，引用了中国古汉语的“科学”一词，意为各种不同类型的知识和学问。 科学一词，英文为science，源于拉丁文的scio，后来又演变为scientin，最后成了今天的写法，其本意是“知识”“学问”。日本著名科学启蒙大师福泽瑜吉把“science”译为“科学”〔香港创业学院院长张世平：即分类的“知识”“学问”〕。到了1893年，康有为引进并使用“科学”二字。严复在翻译《天演论》等科学著作时，也用“科学”二字。此后，“科学”二字便在中国广泛运用。 science的本来含义是系统知识，我想也许这样，科学在十九世纪已是一个非常庞大的知识体系了，它已分得非常细了，即分成许多许多专业，而这些专业知识又不象其它知识那样是互不联系的。除了专业概念外，基础概念是一致的，基本方法也是一样的，“科”的意思是分类或层次条理的意思，所以我自认为science 对应“科学”还是比较合适的。 中国古代的关于科学的起源，比如各类经典的经书都是关于科学规律的探索的信息记录！古代的祖冲之的数学圆周率、张衡的地动仪、汉朝的指南车和指南针等，黄帝内经就是典型的医学大成！是中国上古社会的科学巨著！但是就科学这个字眼来说，也许还是舶来品！ 中国的成语“名不见经传”，实际上就是告诉我们说所有的经和传等都是关于中国古代人类社会的科学探索纪录!自司马迁开始，根据历史经传编著史记，记录了汉朝以前的所有的可识别的文字信息历史纪录！这些都是自然科学和社会科学的巨著!
编辑本段词语解释
合乎科学的。很多情况下作为形容词，其涵义是：“正确的”。例：①这种方法很科学；②科学共产主义；③科学发展观。
编辑本段科学分类
按研究对象的不同可分为自然科学、社会科学和思维科学，以及总结和贯穿于三个领域的哲学和数学。 按与实践的不同联系可分为理论科学、技术科学、应用科学等。 按人类对自然规律利用的直接程度，科学可分为自然科学和实验科学两类。 按是否适合用于人类目标来看，科学又可分为广义科学、窄义科学两类。
基础学科分类
1、人文科学/社会科学 政治学、经济学、管理学、法学、社会学、心理学、教育学、伦理学、文学、美学、艺术学、逻辑学、语言学、史学、军事学、人类学、考古学、民俗学、新闻学、传播学 2、自然科学 物理学 化学 生物学 天文学 地质学 气象学 建筑学 地理学 医学 农学 心理学 信息学 工程学 机械电子学 系统科学 数学 计算机科学 3、思维科学 数学 哲学 心理学 计算机科学
分支学科
空间科学(太空科学) 考古天文学 天体生物学 太空化学 航天动力学 天体测量学 天文学 天体物理学 太阳系化学 星系天文学 银河天文学 物理宇宙学 天体地质学 行星学 太阳天文学 星学 地球科学 生物地理学 地图学 气候学 海岸地理学 大地测量学 地理学 地质学 地貌学 地球统计学 地球物理学 冰川学 水文学 水文地质学 矿物学 气象学 海洋学 古气候学 古生物学 岩石学 湖沼学 地震学 土地科学 测缯学 火山学 环境科学 环境科学 环境化学 环境地学 环境土地科学 生命科学 解剖学 太空生物学 生物化学 生物资讯学 生物学 生物物理学 生物工程学 植物学 细胞生物学 亲缘分支分类法 细胞学 发育生物学 生态学 胚胎学 昆虫学 流行病学 动物行为学 演化(演化生物学) 演化发育生物学 淡水生物学 优生学 遗传学 (群体遗传学，基因体学，蛋白质组学) 组织学 免疫学 海洋生物学 微生物学 分子生物学 形态学 神经科学 个体发生学 藻类学 种系发生学 体质人类学 物理治疗 生理学 群体动力学 结构生物学 生物分类学 毒理学 病毒学 动物学 化学 分析化学 色谱法 光谱学 生物化学 分子生物学 环境化学 地球化学 无机化学 材料科学 纳米科技 药物化学 核化学 有机化学 有机金属化学 药理学 药剂学 物理化学 电化学 量子化学 高分子化学 超分子化学 理论化学 计算化学 立体化学 热化学 物理学 声学 土壤物理学 原子，分子及光学物理学 生物物理学 计算物理学 凝聚态物理学 低温物理学 动力学 流体动力学 地球物理学 材料科学 数学物理 力学 原子核物理学 光学 粒子物理学(或称 高能物理学) 等离子物理学 高分子物理学 热力学 静力学 固体物理学 车辆动力学 社会科学 应用人类学 宗教人类学 考古学 文化人类学 人种生物学 民族志 民族学 民族诗学 人类发展学 人类性学 实验性考古学 历史的考古学 人类语言学 人类医学 人类物理学 人 科学大脑
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5.2序号

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1××××（三号黑体，居中）
××××××××××××××××××××××(内容用小四号宋体)。
1.1××××（小三号黑体，居左）
×××××××××××××××××××××（内容用小四号宋体）。
1.1.1××××（四号黑体，居左）
××××××××××××××××××××（内容用小四号宋体）。

例子


原子核和强相互作用物质的相变[1]刘玉鑫，穆良柱，常雷
1．北京大学物理系, 北京100871
2．北京大学重离子物理教育部重点实验室，北京100871
3．重离子加速器国家实验室理论核物理中心，兰州730000

摘要：简要回顾原子核和强相互作用物质的相结构及相变研究的现状。说明原子核和强相互作用物质的相结构和相变的研究是原子核物理、粒子物理、天体物理、宇宙学和统计物理等领域共同关心重要前沿领域，到目前为止已取得重大进展，但无论是具体实际问题还是研究方法等方面都需要系统深入的研究。
关键词：原子核物理；强相互作用物质；相与相变

1 引言
100年前，爱因斯坦通过分析充满空腔的辐射系统的熵与充满空腔的气体系统的熵，提出电磁辐射由光量子组成[1,2]，从而建立了光子的概念，吹响了引导人们探索微观世界的冲锋号。进一步的深入研究表明，组成物质世界的粒子可以分为强子和轻子两类，粒子间的相互作用可以分为引力作用、电磁作用、弱作用和强作用4类。参与强相互作用的粒子或具有强相互作用的系统统称为强相互作用物质（包括强子物质、夸克物质等）及其特殊形式——原子核（由有限个强子组成的系统），对原子核和强相互作用系统的相结构及相变的研究，对于认识强相互作用系统的相结构、相变，了解宇宙的起源和演化至关重要，并且可能是有限系统的统计物理的检验平台。因此，近年来关于原子核和强相互作用系统的相变的研究不仅是原子核物理、天体物理、宇宙学及粒子物理等领域研究的重要前沿课题，还引起了有限量子多体系统领域和统计物理学界的极大关注。本文简要介绍原子核及强相互作用系统的相及相变研究的现状。
2 原子核的相及相变
2.1 原子核的单粒子运动与集体运动
原子核是有限数目的强子组成的束缚系统，其中的核子（质子和中子）自然具有单粒子运动，并建立壳模型成功的描述原子核的相应性质。实验上对原子核的能谱和电磁跃迁等的研究表明，原子核还具有整体运动，并建立了原子核具有形状和振动、转动等集体运动模式的概念。人们通常利用将核半径按球谐函数 展开来描述原子核的形状，并将相应的形变称为 极形变（如图1所示）。已经观测到和已经预言的原子核形状多种多样[3,4]，比较重要的是四极形变，实验上已经观测到的最高极形变是16极形变[3,4]。按照壳模型和集体模型的观点， 幻数核多为球形， 而偏离满壳的核则为形变核，形变核可以细分为长椭球形、扁椭球形、三轴不对称形、梨形、香蕉形、纺锤形等。同时原子核还可能有形状共存现象。

图1 时原子核的 极形变的形状示意图（取自文献[3]）
Fig. 1 Sketch of the shape of a nucleus in -pole deformation with ( taken from Ref. [3] )
近年来的研究表明，在较高激发能和较高角动量情况下，原子核的集体能谱消失，即出现带终结现象[5]，这表明发生了由集体运动到单粒子运动的相变。
2.2 原子核的形状相变
原子核形状的研究一直是原子核结构理论中一个重要的问题，这是因为原子核形状与原子核组成成分及其两种运动形式--集体运动和单粒子运动、中子质子比、角动量、激发态能量和核环境的温度等都密切相关。例如，集体模型中计算单粒子运动时常用的变形平均势就和核形状有关，不同形状原子核的集体运动模式各不相同[6]；同时原子核的形状由所有核子的空间分布决定，而且随集体运动模式的不同而变化[7]。另一方面，原子核的形状和一定的动力学对称性相联系[4]，核形状变化与原子核的动力学对称性的破缺相联系。原子核的形状发生变化表明其状态和性质发生了变化，也就是发生了相变。因此，原子核的形状相结构和相变的研究是原子核结构研究的重要内容。由于形状共存可能是单粒子运动和集体运动较强耦合的结果[7]，因此形状共存也是核形状研究中关注的焦点[8]。
早期对于原子核形状相变的研究大多集中在一系列同位素或同中子素的基态[4,9]，基态核的形状相变普遍存在于各个质量区[3]，近年来关于临界状态对称性和三相点的研究[10-16]以及对超重核的形变和形状共存的研究[17]，极大地丰富了基态和形状相变的研究内容。另一方面，由于实验上g-射线探测器阵列技术的进步，使得我们不仅可以对原子核基态的形状进行研究，而且可以对激发态、尤其是高自旋态的核形状进行研究。激发态核的形变则更富含物理内容, 如超形变带、回弯现象、同核异能态等都和形变直接相关；2003年观测到的沿Yrast带出现的集体振动模式到定轴转动模式的变化表明低激发态中可能存在转动（或角动量）驱动的由球形（振动）到长椭球形（定轴转动）的形状相变[18]。
对于原子核基态形状的研究通常采用的理论模型有集体模型[6]、相互作用玻色子模型(IBM)[4]、Hartree-Fock-Bogoliubov(HFB)方法[19], 另外还可以使用热力学统计理论[20]。而对于原子核激发态的形状的研究则采用Landau相变理论[21]、有限温度推转HFB[22]、推转IBM[23]等。在这些方法中，集体模型有比较直观的几何图象，但是缺乏微观机制；而微观理论没有直接的几何图象。由于IBM既有较好的微观基础[24]，又可以由相干态理论建立直观的几何图象[4]，所以IBM理论在原子核的形状相变研究中得到了广泛的应用。
早期利用IBM对原子核基态的形状相变的研究可以归纳为Casten三角形[4]，近年来Iachello利用几何模型对原子核基态形状相变的研究将Casten三角形扩展到四面体[25]，如图2所示。图中三个顶点对应IBM的U(5)、SU(3)、O(6)三种对称性极限，另一个顶点对应SU*(3)对称性（将SU(3)的生成元 中的 替换为 ）。由相干态理论知，U(5)、SU(3)、SU*(3)、O(6)对称性分别对应球形、轴对称长椭球形变、轴对称扁椭球形变、g-不稳定形变[4]。并且，沿球形到g-不稳定形变的相变为二级相变，临界点附近的核态具有E(5)对称性[10]；从球形区到长椭球形变区的相变为一级相变，临界点附近的核态具有X(5)对称性[11]；还存在球形、长椭球形和g-不稳定形变三相共存的三相点[15,16]。此外，长椭球形变与扁椭球形变之间的临界点附近的核态具有O(6)对称性[12]、Y(5)对称性[13]，也有人认为长椭球与扁椭球形状相变临界点附近的核态还可能具有Z(5)对称性[14]。理论上发现形状共存和各种临界点对称性之后，很快就在实验上找到了对应的原子核。如152Sm可能有形状共存现象[26], 与E(5)对称性对应的原子核有134Ba[27]、108Pd[28]、130Xe[29]等，与X(5)对称性对应的原子核有152Sm、154Gd、156Dy和其他N=90的同中子素链[30]，与Y(5)对称性对应的原子核有166,168Er[31]等，与Z(5)对称性相对应的原子核有194Pt等[25]。同时，类似Iachello四面体的工作很快被推广到区分质子玻色子和中子玻色子的IBM-2[32]，同样成功的找到了各种极限对称性之间的相变。

图2 扩展的IBM的对称性间的演化图（取自文献[25]）
Fig. 2 Extended sketch of the symmetries and their evolution in the IBM ( taken from Ref. [25] )

对于角动量变化可能引起的原子核形状相变，早期的研究主要基于液滴模型[19]。近年来，人们开始利用Landau相变理论[21]、有限温度推转HFB理论[22]、推转IBM[23]、推转无规位相近似[33]以及IBM框架下考虑角动量投影的相干态方法[34,35]进行研究，结果表明即使是核的低激发态也可能存在各种形状之间的相变，并说明低激发能谱中出现振动到定轴转动的相变的机制可能是，随着角动量升高，振动逐渐减弱，转动逐渐加强，临界点以后成为很好的定轴转动。另一方面，直接从核子层次对原子核形状相变的研究也已取得进展[36]。
3 强相互作用物质的相变
3.1 原子核的液气相变
早在20世纪30年代，根据实验观测到的原子核的性质，人们就对原子核的结构提出了费米气体模型和液滴模型。这说明在某些条件下，原子核呈液相，或者说其某些性质表现为液相的性质；而在另一些方面，原子核表现为气相。在这一层次上，所谓的“液相”和“气相”只是作为原子核的不同性质的唯象表述，根本没有关心这两种相之间的演化。
到20世纪90年代中期，随着中高能核核碰撞研究的深入，人们研究了核核碰撞形成的系统的温度与其中核子的激发能之间的关系，最早的由德国GSI报告的结果[37]如图3所示，这一关系显然与通常物质处于液相、气相及其间相变中温度与单粒子平均能量间的关系相同，从而说明发生了液气相变。由于相变通常由热力学函数和状态方程出发进行研究，原子核的液气相变自然成为研究核物质状态方程、进而研究核天体状态及其演化的突破口。于是，美国Brookhaven国家实验室、Lawrence国家实验室、Michigan州立大学、德州农机学院、俄罗斯的Dubna、德国的GSI、法国的GANIL和LNS Saclay、意大利的del Sud国家实验室等国际大型实验室的核物理学家系统研究了中高能核核形成的系统的温度与单粒子激发能的关系、热容、高碎裂多重度、集体膨胀、有限尺寸及Fisher定律标度等[38～41]，理论上发展了核玻尔兹曼方程[42]、有限系统费米子-分子动力学[43]、全反对称分子动力学[44]等方法、并利用渗渝理论[45]对这些系统进行研究，结果都表明，在一定的条件下，中高能核核碰撞形成的系统中都会出现液气相变，并说明该相变的机制是失稳分解。事实上，这些研究还都有待深化，尤其是相变的序参量、同位旋依赖性、相变的临界温度、对核天体的结构和演化的影响等都是目前研究关注的重要问题。
图3 核核碰撞形成的系统的温度与单核子能量的关系（取自文献[37]）
Fig. 3 Relation between the temperature and the energy of single nucleon of the system formed in nucleus-nucleus collision (taken from Ref. [37])3.2 强相互作用物质的相变
强相互作用物质是由强子（包括重子和介子）组成的强子物质和由夸克、胶子组成的夸克物质的统称。因此，对强相互作用物质的组分、性质、相结构及相变的研究是当代原子核物理、粒子物理、天体物理和宇宙学等领域共同关注的重大课题。
我们已经知道，强子由夸克和胶子组成，并且可以形象地将之比喻为束缚有夸克和胶子的口袋，口袋内的夸克、胶子的相互作用与强相互作用真空内的作用之间的差异提供的袋常数常被用来描述束缚的强度。随着强子物质系统温度的升高，强子无规则运动的能量和其内部夸克、胶子无规则运动的能量都会升高，压强会增大；系统密度的增大也会引起压强增大，当系统的真空压不能平衡强子内部的压强时，强子将消失，夸克和胶子将成为夸克物质，也就是可以发生退禁闭相变。退禁闭形成的夸克物质可能以等离子体状态存在，从而形成夸克胶子等离子体（QGP）。另一方面，描述强相互作用的基本理论是量子色动力学（QCD），QCD具有渐近自由的性质（上述退禁闭相变正是渐近自由的结果和表现），并且零质量的费米子（夸克等）具有左旋和右旋的等价性，这种等价性称为手征对称性。然而，现实的强子世界处于低能区域，夸克是禁闭的、有质量的，并且不具有手征对称性。但当退禁闭相变发生以后，手征对称性可能恢复，从而发生手征恢复相变。再者，我们知道，由于电声作用的相互影响，声子可以为电子之间提供一个较弱的吸引力，从而形成电子库珀对，出现超导现象；由于夸克之间的特殊的相互作用道本来就是吸引的，因此夸克之间也可以形成夸克库珀对，由于夸克具有3种颜色，3种色混合或一种色与其反色混合形成无色的强子，但两个夸克形成的对却带有颜色，因此由夸克库珀对形成的凝聚状态称为色超导态[46]。根据色超导态的夸克库珀对的色味结构，色超导态具有两味色超导、色味锁定色超导等多种相（有时简单地统称之为色超导相）。目前的研究表明，强相互作用物质的相图如图4所示。
图4 强相互作用物质相图（取自）
Fig. 4 Phase diagram of strong interaction matter (taken from )

由于QCD具有渐近自由的性质，因此，对于高能区的场和粒子性质，可以利用微扰QCD进行研究，并得到了很好的结果。但对于低能区域，QCD的求解问题尚没有解决，于是人们发展了QCD因子化和重求和（硬热圈展开和硬密圈展开）方法[47]，并利用QCD的非微扰有效场论模型方法和唯象模型方法（Dyson-Schwinger方程、瞬子模型、整体色对称模型、手征模型、孤立子模型、夸克介子耦合模型、NJL模型、袋模型）[48～54]等对强相互作用物质进行理论研究。近年来，随着对基本原理的扩展和计算方法的发展，利用格点QCD对强相互作用物质的研究已有重大进展[55]。实验上，人们利用高能核核碰撞对强相互作用物质及其相变进行研究。目前，美国Brookhaven国家实验室的AGS和RHIC、欧洲核子中心的SPS等大型高能核核碰撞装置都已为强相互作用物质的研究作出了重大贡献，即将开始运行的欧洲核子中心的LHC和正在兴建的德国GSI的SIS将为强相互作用物质的研究揭开新的一页，我国在兰州兴建并即将运行的CSR装置也将为强相互作用物质的研究谱写新的篇章。尽管对强相互作用物质的相结构和相变的研究已取得丰硕成果，但仍有很多重大基本问题（例如手征对称性破缺和恢复的机制、过程和准确信号、费米子质量的起源、QGP的准确信号和鉴别、强子物质和夸克物质的状态方程，等等）需要研究。
4 小结
综上所述，原子核和强相互作用物质的相结构和相变的研究是原子核物理、粒子物理、天体物理、宇宙学和统计物理等领域共同关心的重要前沿领域，尽管已取得重大进展，但无论是实际问题还是研究方法都需要系统深入的研究。

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Phase Transitions of Nucleus and Strong Interacting Matter
LIU Yu-xin 1,2,3，MU Liang-zhu1，CHANG Lei1

1. Department of Physics, Peking University, Beijing 100871,China
2. The Key Laboratory of Heavy Ion Physics at Peking University, Ministry of Education, Beijing 100871,China
3. Center of Theoretical Nuclear Physics, National Laboratory of Heavy Ion Accelerator, Lanzhou 730000,China
Abstract: We review the status of the research on the phase structure and phase transitions of nucleus and strong interacting matter briefly. It shows that the related studies are the very active current frontier commonly interested by nuclear physics, particle physics, astrophysics, cosmology, statistical physics and other areas. A lot of significant progress has been made. However, not only concrete problems but also researching approaches need to be studied further.
Key Words: nucleus, strongly interacting matter, phase and phase transition