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强相互作用体系因其具有强耦合的性质而导致许多非微扰效应。作为描述强相互作用的基本理论,量子色动力学(QCD)必须在理论上对这些独特性质给出合理的解释。其中两个重要而又费解的性质是色禁闭和手征对称性动力学破缺(DBCS)。而这两个问题的集中体现是强子。核子作为强相互作用的束缚态,可以形象地看成一个口袋,将夸克、胶子完全束缚在其内部。同时,核子因强相互作用效应而获得远大于内部夸克流质量和的附加质量。由此知,在低能区域的QCD具有丰富的相变和相结构,这些相变是早期宇宙的形成及演化的源泉。因此,如何从量子色动力学出发描述核子,实际上是解释色禁闭和手征对称性动力学破缺的关键。直接从QCD出发建立一套完整描述核子的方案,目前仍远未实现。而相应发展起来的一些其它方法,如格点QCD模拟、Dyson-Schwinger(DS)方程、各种有效场论及唯象模型方法,都在试图从不同角度完成这项艰巨的工作。
在本文中,我们利用整体色对称模型(GCM)对有限温度下核子的性质进行研究。GCM模型具有良好的QCD基础,与其它QCD唯象模型存在紧密联系。结合孤立子袋模型,从GCM作用量出发,可以得到核子的袋常数、核子质量以及核子半径。在领头阶近似下,GCM等效于彩虹近似下QCD的DS方程。通过求解DS方程,可以为GCM提供输入,进而在具有良好QCD基础的层次上计算出核子的性质。我们采用高斯型有效胶子传播子模型与彩虹顶点近似,给出了有限温零密下DS方程的解。以有限温零密下DS方程的解作为输入,我们得到了核子的袋常数、质量和半径随温度变化的行为。数值计算结果表明,存在一个临界温度,在这个临界温度之上,核子的袋常数和质量衰减为零,核子的半径趋于无穷大。这说明在高温零密下,色禁闭现象消失。为了进一步研究QCD物质在高温零密下的行为,本文还计算了手征夸克凝聚随温度变化的行为。结果表明,存在一个与发生退禁闭相变相同的临界温度,在临界温度之上,手征对称性得到恢复。我们还给出了临界温度随胶子模型中的有效耦合强度变化的行为,并说明,随着耦合强度增大,临界温度将升高。这些结果为通过测量核子性质研究QCD相变的实验提供了参考。