)形成超核。对这些超核性质的研究也会加深我们对低能强相互作用的理解。此外，原子核内非核子自由度(多夸克态、核子激发态、介子)的贡献有多大，也是一个重要的研究方向。

4.3 高温高密核物质

由强相互作用主导的物质状态的转变对我们理解早期宇宙的演化及中子星等致密星体的结构与性质至关重要。日常所见的物质相变本质上由电磁相互作用主导，我们可以从实验和理论中得到相应的相图。类似地，强相互作用的物质的相变也由其相图描述(图7)。强相互作用的物质包括以下几种状态：

(1)核物质(nuclear matter)，由大量质子和中子按一定密度组成的空间均匀体系，此时的温度接近0，饱和密度处对应的重子化学势约为900 MeV。重核中心位置以及致密星体内部可以近似看作核物质。另外，在重离子碰撞实验中也可能会形成核物质。

(2)强子气体(hadron gas)。当重子化学势不大，同时具有非零的温度时，强子会以类似于气体的状态存在。

(3)色超导(color superconductor)。增加重子化学势，保持低温，强相互作用的物质会进入一个颜色超导体的状态，类似于低温下的电超导体。

(4)夸克—胶子等离子体(quark—gluonplasma，QGP)。在高温高密时，形成强子的夸克会混杂着胶子变成等离子体的状态，相互独立。

图7 QCD 相图。横轴为重子化学势(可简单理解为重子或夸克的数量)，纵轴为温度

在宇宙的早期阶段，正反物质相同，重子化学势为零，但又具有很高的能量，从而那时强相互作用物质很可能处于QGP状态。而目前温度逐渐冷却，我们见到的物质处于核物质的状态。目前对QCD相变的实验研究主要集中在两个方向：

(1)高温低密，理想气体的研究。格点QCD的计算发现在小化学势时，随着系统温度的升高，系统会从强子气体相平滑过渡到夸克—胶子等离子体相。流体动力学模拟显示QGP更接近理想流体。该方向的实验探究主要由布鲁克海文国家实验室的相对论重离子对撞机(RHIC/BNL)和欧洲核子中心的大型强子对撞机(LHC/CERN)进行。

(2)低温高密，色超导的研究。该方向主要由德国重离子研究中心的反质子与离子研究装置(FAIR/GSI)和兰州中国科学院近代物理所的重离子冷却储存环(CSR)进行相关实验研究。

另外，中国科学院近代物理研究所强流重离子加速器装置(HIAF)建成后将为核物理和核天体物理基础研究创造国际领先水平的条件，为重离子束应用研究提供先进的实验平台，为核能开发、核安全及核技术应用提供理论、方法、技术和人才支撑。

05总结与展望

强相互作用决定了强子、原子核两个物质微观基本层次的结构，也是基本粒子、宇宙天体演化物理的重要组成部分。尽管经过了约一百年的探索，人们对强相互作用有了比较全面的认识，但我们仍面临着很多待解之谜。我国大科学装置的发展，包括北京正负电子对撞机(BEPCII)、HIAF等，理论和实验的相互配合使我国强相互作用物理的研究走在国际前列，未来大有可为。