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奇异夸克物质(SQM)作为强相互作用物质新形态,对于研究QCD相变机理、致密星结构、色超导、手征凝聚等现代核物理前沿问题都具有十分重要的意义。特别是Witten提出奇异夸克物质可能是QCD的真正基态后,人们对它的性质和在天文、宇宙学等相关学科的应用进行了广泛研究,大大加深了对于强相互作用规律的认识。 由于量子色动力学微扰论在非微扰区域失效,而相应的格点计算在有限化学势时存在巨大困难(如著名的符号问题),唯象模型广泛应用于夸克物质及相关物理问题研究。微扰QCD(PQCD)模型应用QCD微扰论研究夸克物质相关物理。由于它与强作用基本理论联系十分紧密,在高密时获得巨大成功。但在密度较低时遇到严重问题。 本文通过解决由跑动耦合常数引起的热力学不自恰问题,将PQCD模型发展成增强型微扰QCD模型(EPQ)。EPQ不仅自然地给出化学势相关的袋常数,从而解决了自洽性问题,而且得到了较硬的夸克物质状态方程,使得夸克星的最大质量可以达到太阳质量的2倍,与最新的天文观测结果一致。 我们首先研究将QCD模型由高密简单向低密推广时的热力学自洽性问题。我们发现,随着密度降低,热力学上的不自洽性会越来越严重;而且这种不自恰性并不能通过简单地在热力学势密度中添加一个常数解决。接着,我们具体研究了无质量两味夸克物质系统。我们发现,重整化减除点与化学势的关系不能像以前文献那样任意选取,而必须取为各个夸克化学势四次方之和的函数。与直观相反,密度依赖的袋常数随密度升高而增大;而它的重要性却随密度升高而单调减小从而在很高密度时可以忽略;但在较低密度时却变得越来越重要。 随后我们扩展到研究真实的三味夸克物质系统。由于奇异夸克质量的影响,此时的重整化减除点作为化学势的函数关系不是简单的四次方和函数,而是需要满足由化学势空间积分的路径无关性决定的方程,通常要用数值方法求解。根据数值计算结果我们发现,在增强型微扰模型中,SQM仍然存在绝对稳定的可能,但SQM的状态方程变得较硬,声速变得更快,奇异星的质量上限变得更大。 我们还研究了跑动耦合常数的收敛速度对夸克物质性质的影响。我们推导了映射不变的贝塔和伽马函数,从而得到了在重夸克质量处连续的耦合常数和夸克质量;并将耦合常数传统展开式中的各项重新归并,得到了远比传统表达式收敛更快的表达式。我们发现,Witten稳定性条件将唯一的模型参数,重整化减除点与化学势之比,限制到2.64附近。由此给出的奇异星最大质量是2倍太阳质量,最大半径是11公里。