[論文レビュー] A gap in the quarkyonic matter

L. Ya. Glozman|ArXiv.org|Mar 11, 2008

Cold Atom Physics and Bose-Einstein Condensates被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、高密度のバリオン数密度におけるクォーキオン的物質—閉じ込められたクォークとハドロン—が、対形成とは異なり、閉じ込めと明示的チラル対称性の相互作用に起因する、チラル対称性回復点より上での新しいエネルギーギャップを示すことを示している。このギャップはチラル対称性回復点より下では存在せず、系の低エネルギー力学に根本的な変化をもたらし、従来の超流動体とは異なり、散逸のない過程を示唆する。

ABSTRACT

It has recently been suggested that at a reasonably large chemical potential a confining quarkyonic matter is formed that consists of the quark Fermi sea and confined hadrons on top of this Fermi sea. We study some properties of this matter. It is demonstrated that below the chiral restoration point there are gapless excitations of this matter through excitations of the Goldstone bosons. Above the chiral restoration point the single quarks are still removed from the spectrum of excitations and the only possible excitations are confined color-singlet hadrons with finite mass. Hence there appears a gap in the excitation spectrum of the quarkyonic matter that should be crucially important for its properties above the chiral restoration point. This gap is of a new type and is not related with the condensation of the fermionic system into a quasibosonic system. It is only due to such properties as confinement and manifest chiral symmetry at the same time.

研究の動機と目的

• QCDの大Nc極限におけるクォーキオン的物質の励起スペクトルを調査すること。
• チラル対称性回復点より上に、ギャップありまたはギャップなしの励起状態が出現するかを特定すること。
• クォーキオン的物質におけるギャップの起源を、従来のBCS型対形成とは区別して明確にすること。
• ギャップがフェルミ粒子凝縮とは独立して、閉じ込めと明示的チラル対称性に起因することを確立すること。
• このギャップがクォーキオン的物質の低エネルギー力学および輸送特性に与える影響を調査すること。

提案手法

• 't Hooftモデルを一般化した、4次元で厳密に解ける閉じ込めとチラル対称性を有するモデルの使用。
• 有限の化学ポテンシャルにおけるフェルミ海を考慮したクォークグリーン関数およびBethe-Salpeter方程式の解析。
• フェルミ運動量の関数としてのメソンスペクトル（擬スカラーおよびスカラー）の研究により、チラル対称性の回復とギャップ形成を同定。
• フェルミ面付近でのステップ関数的運動量分布を用いた励起スペクトルの評価を行い、滑らかな分布への拡張も行う。
• チラル対称性が回復する臨界化学ポテンシャルより下と上での系の振る舞いを比較。
• 特定のモデルに依存しない一般性を主張するため、大Ncの議論に依拠する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 クォーキオン的物質は、チラル対称性回復点より上でも励起スペクトルにギャップを示すか？
• RQ2 そのギャップの物理的起源は何か？ また、BCS機構とはどのように異なるか？
• RQ3 閉じ込めと明示的チラル対称性が、フェルミ粒子対形成なしにどのようにギャップを生じさせるか？
• RQ4 このギャップがクォーキオン的物質における散逸のない過程に与える影響は何か？
• RQ5 これらの結果は、Nc = 3の実際のQCDにおいてもどの程度成立するか？

主な発見

• チラル対称性回復点より上では、クォーキオン的物質の励起スペクトルに有限のエネルギーギャップが存在し、ギャップなしのゴールドストーンモードは存在しない。
• ギャップは、対形成や準ボソン的凝縮とは異なり、閉じ込めと明示的チラル対称性の併存に起因する。
• 最低励起状態は、質量を持ち、閉じ込められ、チラル対称性を保つハドロンであり、そのエネルギーがギャップの大きさを決定する。
• ギャップは化学ポテンシャルとともに増大し、大Nc極限では任意に大きくすることができる。
• ギャップのおかげで、散逸のない過程が支持される。これは超流動に類似しているが、微視的起源が異なる。
• 結果は頑健で一般的であり、特定のモデルの詳細に依存せず、閉じ込めとチラル対称性の回復にのみ依存する。