国家科技奖励公示材料国家自然科学奖.docx

1、国家科技奖励公示材料国家自然科学奖2016年度国家科技奖励公示材料-国家自然科学奖一、项目名称：重夸克偶素与夸克物质的理论研究二、推荐单位：中国物理学会三、项目简介：夸克物质是最深层次的强彼此作用物质状态，相对论重离子碰撞是在实验室实现这一新物质形态的唯一可能手腕。项目组预言了在重离子碰撞中探测夸克物质的灵敏信号，提出了研究强耦合夸克物质相结构的有效方式，发觉了一个新的高密度夸克物质相。具体科学发觉点在以下三个方面：1）用重夸克偶素的横动量散布探测夸克物质的理论预言被多个实验组验证并宣布。长期以来，重离子碰撞中是不是产生了夸克物质缺少灵敏的探针。课题组用输运方程组描述重夸克偶素在夸克物质中的非

2、平稳运动，用相对论流体力学方程描述夸克物质的时空演化，预言的重夸克偶素椭圆流和平均横动量核修正因子被大型国际合作实验组RHIC/STAR和LHC/ALICE验证和宣布。理论结果被几乎所有相关实验组引用近100次。实验组在发表新的实验数据之前去往征求庄鹏飞课题组的理论预言。2）进展了超出平均场研究强彼此作用相变的理论方式。由于强彼此作用的非微扰困难，一样考虑相变采取平均场近似，忽略量子涨落的奉献。课题组在有限温度密度对夸克圈进行求和，在夸克模型中构造了介子，保证了Goldstone定理。发觉手征恢复相由夸克自由度决定，而手征破缺相由涨落产生的介子操纵。国际同行指出“这方面的大部份工作是在经典（平

3、均场）框架内，但庄等人给出了超出平均场计算手征热力学的方式”，“是庄等人第一在夸克模型中进展了超出平均场计算热力学势的方式”。3）提出了无能隙色超导态。高密度夸克物质处于各类超导超流态。项目组发觉色超导态中激发的准粒子能量能够为零，由此提出了无能隙色超导态，指出了高密度夸克物质中色磁不稳固的特点。在项目组这一新的冲破以后，无能隙色超导态迅速成为强彼此作用相变研究的一个热点，并被推行到其它相对论费米气体。处正面引用项目组的工作。项目组的8篇代表性论文被SCI他引522次，20篇核心论文被SCI他引964次。依照核物理与粒子物理权威网站美国INSPIRE的统计，上述他引次数别离为734和1353。

4、项目组3次受邀请单独为国际期刊撰写夸克物质和重夸克偶素的综述文章，3次在大型国际会议做大会邀请报告。项目组以庄鹏飞为学术带头人，其他3位要紧完成人黄梅、朱相雷、何联毅是庄鹏飞那时的博士研究生。庄鹏飞1999年获国家杰出青年基金，黄梅2020年获科学院百人打算资助，朱相雷2020年获全国百篇优秀博士论文，何联毅2021年获国际量子多体物理界Kmmel奖、并于2016年获青年千人打算资助。四、要紧完成人情形表第一完成人姓名技术职称工作单位完成单位获国家科技奖励情况庄鹏飞教授清华大学清华大学无对本项目科学创造性贡献项目负责人，总体设计者。提出学术思想，指导和设计理论研究框架，主持分析和总结研究结果。

5、对科学发现点1-2做出了创造性贡献，对科学发现点3做出了重要贡献，是第1-6篇代表性论文的通讯作者或第一作者。主要学术贡献有：1）提出用重夸克偶素的横动量分布探测夸克物质的学术思想，并进行了主要的理论计算，建立了细致输运模型；2）提出在热密夸克物质中用平均场处理夸克和用圈图求和处理介子的思想方法，在夸克模型中超出平均场研究手征热力学，并推广了Beth-Uhlenbek 相移方法，完成了大部分理论计算和数值计算；3）指导中性色超导态和Pion超流态的理论计算，这一计算导致了无能隙色超导态的发现。第二完成人姓名技术职称工作单位完成单位获国家科技奖励情况黄梅研究员中科院高能物理所清华大学无对本项目科

6、学创造性贡献项目执行人。是科学发现点3的主要研究者，是第6、7、8篇代表性论文的第一作者。主要学术贡献有：对提出无能隙色超导态的物理思想、理论分析和数值计算都做出了关键贡献。具体为：1）首次肯定了两味色超导态的存在，提出了新的色超导态无能隙色超导态和色磁不稳定性；2）发展了形式简洁使用广泛的传播子投影算子方法，已成为研究高温高密QCD相变的一个常用手段。第三完成人姓名技术职称工作单位完成单位获国家科技奖励情况朱相雷副教授清华大学清华大学无对本项目科学创造性贡献项目执行人。对科学发现点1做出了直接贡献，是第2篇代表性论文的第一作者。主要学术贡献有：把胶子离解重夸克偶素的微分截面具体地体现在输运方

7、程中，首次将输运方程与流体力学方程联立求解，并给出了计算末态分布的方法；数值计算了横动量分布，发现椭圆流可以区分高能核碰撞中重夸克偶素粒子的产生机制。第四完成人姓名技术职称工作单位完成单位获国家科技奖励情况何联毅助理教授清华大学清华大学无对本项目科学创造性贡献项目执行人。对科学发现点2做出了直接贡献，是第5篇代表性论文的第一作者。主要学术贡献有：1）将超出平均场研究夸克物质的方法非平庸地推广到Pion超流的研究，保证了Goldstone模式的存在；2）首次在夸克模型中用BCS-BEC过渡来刻画高密度夸克物质的强耦合特征，并推广到其它相对论费米气体。五、代表性论文专著目录序号论文专著名称 /刊名

8、/作者影响因子年卷页码发表时间通讯作者第一作者国内作者SCI他引次数他引总次数知识产权是否归国内所有1J/psi production in quark gluon plasma/Phys. Rev. Lett./Li Yan, Pengfei Zhuang, Nu Xu2006年97卷232301页2006年11月Pengfei ZhuangLi Yan严力，庄鹏飞5191是2J/psi transport in QGP and pt distribution at SPS and RHIC/Phys. Lett. B/ Xianglei Zhu, Pengfei Zhuang, Nu Xu

9、2005年607卷107页2005年2月Pengfei ZhuangXianglei Zhu朱相雷，庄鹏飞2234是3J/psi Transverse Momentum Distribution in High Energy Nuclear Collisions at RHIC/Phys. Lett. B/Yunpeng Liu, Zhen Qu, Nu Xu, Pengfei Zhuang2009年678卷72页2009年06月Pengfei ZhuangYunpeng Liu刘云朋，屈真，庄鹏飞31103是4Thermodynamics of a quark - meson plasma

10、in the Nambu-Jona-Lasinio model/Nucl. Phys. A/Pengfei Zhuang, Joerg Hufner, Sandi Klevansky1994年576卷525页1994年11月Joerg HuefnerPengfei Zhuang庄鹏飞10086是5Pion superfluidity and meson properties at finite isospin density/Phys. Rev. D/Lianyi He, Meng Jin, Pengfei Zhuang2005年71卷116001页2005年06月Pengfei Zhuang

11、Lianyi He何联毅，金猛，庄鹏飞78100是6Charge neutrality effects on 2 flavor color superconductivity/Phys. Rev. D/Mei Huang, Pengfei Zhuang, Weiqin Chao2003年67卷065015页2003年03月Pengfei ZhuangMei Huang黄梅，庄鹏飞，赵维勤5866是7Chromomagnetic instability in dense quark matter/Phys. Rev. D/Mei Huang, Igor Shovkovy2004年70卷05150

12、1页2004年08月Igor ShovkovyMei Huang黄梅111151是8Color superconductivity at moderate baryon density/ E/Mei Huang.2005年14卷675页2005年07月Mei HuangMei Huang黄梅71103是合 计522734*他引总次数是依照核物理与粒子物理权威网站美国INSPIRE的统计数据。中国物理学会推荐信夸克物质是最深层次的强彼此作用物质状态，相对论重离子碰撞是在实验室实现这一新物质形态的唯一可能手腕。庄鹏飞课题组的项目重夸克偶素与夸克物质的理论研究在以下三个方面做出了关键的学术奉献。1）

13、用重夸克偶素的横动量散布探测夸克物质的理论预言被多个实验组验证并宣布。预言的集体流和平均横动量被美国RHIC/STAR和欧洲LHC/ALICE国际合作实验组验证，关于确信夸克物质的形成和性质起到了关键的作用。庄鹏飞研究组已经成为该领域国际领先的研究组之一。2）提出了超出平均场研究强彼此作用相变的理论方式。通过夸克圈求和，第一次计算了量子涨落的热力学奉献。国际同行以为，是庄鹏飞等人第一超出平均场计算了夸克-介子系统的热力学。3）提出了无能隙色超导态。发觉色超导态中激发的准粒子能量能够为零，提出了无能隙色超导态和高密度夸克物质中色磁不稳固的特点。项目组于2003年开启了这一新的研究方向，并推行到其

14、它相对论费米气体。8篇代表性论文被SCI他引522次，20篇核心论文被SCI他引964次。项目组以庄鹏飞为学术带头人，其他3位要紧完成人黄梅、朱相雷、何联毅是庄鹏飞那时的博士研究生。庄鹏飞1999年获国家杰出青年基金，黄梅2020年获科学院百人打算资助，朱相雷2020年获全国百篇优秀博士论文，何联毅2016年获青年千人打算资助。鉴于该项目的学术成绩和国际阻碍，中国物理学会郑重推荐该项目申报国家自然科学二等奖。客观评判一、科学发觉点1（用重夸克偶素的横动量散布探测夸克物质的理论预言被多个实验组验证并宣布）的客观评判1）理论预言被大型国际合作实验组正面引用98次，实验组包括：PHENEX Coll

15、aboration、STAR Collaboration、ALICE Collaboration、CMS Collaboration、 NA50/NA60 Collaboration等，几乎涵盖所有进行高能重离子碰撞的国际合作实验组。这些引用将项目组代表性论文一、二、3中的理论预言和实验组数据进行比较，说明理论预言的正确性。具体引用清单见附件7：其他证明。 2）在综述文章Heavy flavor in heavy-ion collisions at RHIC and RHIC II, , , , Phys. Rep., 462, 125(2020)，项目组代表性论文1被正面引用12处。专门是在

16、第164页的图41和图42引用项目组关于J/psi核修正因子的理论计算曲线，与实验结果比较；在第166页的图44“显示了严、庄、许的计算对J/psi平均横动量的中心度依托性的阻碍”；在第169页的图48引用项目组预言的J/psi椭圆流并与实验结果比较。所有这些引用和比较都说明项目组的理论计算成功预言了重离子碰撞中的J/psi产生。具体引用见代表性引文1。3）在大型国际合作实验组STAR的论文Measurement of J/psi Azimuthal Anisotropy in Au+Au Collisions at sqrt s = 200 GeV, Phys. Rev. Lett. 111

17、, 052301 (2021)，项目组代表性论文1和后续论文被引用7处。专门是在表2和图3中引用项目组关于J/psi椭圆流的预言，包括计算数据和理论曲线。指出“由初始微扰QCD产生的J/psi椭圆流V2被预言近似为零”，“包括J/psi初始产生和合成的输运模型预言很小的V2，与咱们的测量结果相符”。具体引用见代表性引文2。4）在大型国际合作实验组ALICE的论文J/psi Suppression at Forward Rapidity in Pb-Pb Collisions at sqrt sNN = TeV, Phys. Rev. Lett. 109, 072301 (2021)的图4中，项

18、目组代表性论文3关于J/psi核修正因子的中心度依托性的理论预言与实验数据进行了比较，说明理论预言与实验结果相符。实验组还指出，项目组输运模型与其它模型的不同是“由于操纵J/psi离解和合成的方程不同”。具体引用见代表性引文3。5）在大型国际合作实验组ALICE的论文J/psi Elliptic Flow in Pb-Pb Collisions at sqrt sNN = TeV, Phys. Rev. Lett. 111, 162301 (2021)，项目组代表性论文3和后续论文被引用3处。这是ALICE第一次观测到J/psi椭圆流，证明了项目组的理论预言。理论预言与实验结果的比较见图4。实

19、验组还沿用项目组论文的思想说明了什么缘故J/psi椭圆流在LHC不等于零的物理缘故。具体引用见代表性引文4。二、科学发觉点2（进展了超出平均场研究强彼此作用相变的理论方式）的客观评判1）在QCD手册卷3：粒子物理前沿中的综述文章2-D model field theories at finite temperature and density, Verena Schon, At the frontier of particle physics, Handbook of QCD, vol. 3, p1945 (edited by M. Shifman), World Scientific，对项目

20、组代表性论文4中超出平均场的理论计算评判：“庄、Klevansky和Huefner等人已经进展了在1/N展开中到次领头阶计算热力学势的方式。他们考虑了平均场的涨落，图形上对应圈图求和，物理上对应介子的奉献。qqbar的束搏态和相移都考虑了。因为NJL模型中的介子能够衰变成夸克，在中间温度会显现混合相，在那里夸克和介子都有奉献”。“有必要在有效场论中考虑1/N修正（介子修正），在领头阶近似中必需计算RPA真空，这显然对应庄等人的圈图求和”。具体引用见代表性引文5。2）在论文Phase transition and thermodynamics of a hot and dense system

21、in a scaled NJL model, J. Cugnon, M. Jaminon, B. Van den Bossche, . A598, 515(1996)，对项目组代表性论文4中计算量子涨落的方式评判：“大部份这方面的工作被局限在经典（平均场）计算。但咱们注意到庄等人和Blascke等人的工作，他们计算热力学到1/Nc阶，那个地址Nc是色的数量，这相当于近似地包括了介子自由度。后者在低温时起重要作用，但并非严峻地阻碍相变的位置和性质（级次、不持续性等）”。具体引用见代表性引文6。三、科学发觉点3（提出了无能隙色超导态）的客观评判1）论文Meissner masses in the

22、gCFL phase of QCD, , , , , , . B605, 362(2005)，推行了项目组代表性论文7的工作。作者指出“本文的目的是在gCFL相中研究迈斯纳质量对奇异夸克质量的依托性。在两味情形，类似的分析最近由黄和Shovkovy发觉”，“咱们发觉gCFL相中的不稳固性，类似于黄和Shovkovy关于g2SC相中的发觉”。具体引用见代表性引文7。2）在综述文章Crystalline color superconductors, Roberto Anglani, Roberto Casalbuoni, Marco Ciminale, Nicola Ippolito, Raoul

23、 Gatto, Massimo Mannarelli, Marco Ruggieri, Rev. Mod. Phys. 86, 509(2021)中，项目组代表性论文7和后续论文被大幅度正面引用和评判17处。如“当2sc/22sc时，2SC相中的4个质量为虚数，说明色磁不稳固性（黄和Shovkovy）。因为在2SC到g2SC的相变点所有5个胶子质量全为虚数，增加化学势差时不稳固性会变得更差”。“有限温度的情形已经由Kiriyama（2006）和何、金、庄（2007）讨论，发此刻弱和中等温度区间，几十MeV的温度使得2SC和g2SC相变得稳固”。具体引用见代表性引文8。完成人合作关系说明本项目有

24、4个要紧完成人庄鹏飞，黄梅，朱相雷，何联毅。其中，黄梅，朱相雷，何联毅是庄鹏飞的博士研究生，是师生关系。在项目完成进程中的具体合作如下：1）黄梅，1994-1997年是庄鹏飞的硕士研究生；1997-2000年攻读博士学位期间，赵维勤是博士导师，庄鹏飞是副导师；2001-2002年在清华大学做博士后期间，庄鹏飞是合作导师，在此期间一起完成代表性论文6；2003-2004年在德国做洪堡学者期间，与合作者完成代表性论文7，单独完成代表性论文8，都注明了项目基金（庄鹏飞是该项目负责人），而且在代表性论文8中清华大学是工作单位之一。2）朱相雷，1997-2003年为清华大学物理系博士研究生，庄鹏飞是导师，在此期间一起完成代表性论文2。3）何联毅，2004-2020年为清华大学物理系博士研究生，庄鹏飞是导师，在此期间一起完成代表性论文5。合作方式为论文合著。在此项目中，庄鹏飞，黄梅，朱相雷，何联毅依次为第一，第二，第三，第四完成人。合作功效为相应代表性论文。第一完成人庄鹏飞对上述内容的真实性负责。庄鹏飞（清华大学物理系）2016年1月7日