[論文レビュー] Algebraic approach to quarkyoniclike configuration and stable diquarks in dense matter

Aaron Park, Su Houng Lee|arXiv (Cornell University)|Feb 11, 2022

Cold Atom Physics and Bose-Einstein Condensates参考文献 28被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、色スピン相互作用を含む代数的クォーク模型を用いて、高密度物質におけるクォーク、ダイクォーク、バリオンの安定性を分析する。低密度ではバリオンがエネルギー的に有利であるが、高バリオン密度またはクォーク物質では、反発力が減少することでクォークがバリオンよりも安定する。色スピン相互作用が支配的になると、ダイクォークが最低エネルギー状態として出現し、中性星におけるクォークヨニック状態およびダイクォーク物質相の理論的基盤を提供する。

ABSTRACT

We study the color-spin interaction energy of a quark, a diquark and a baryon with their surrounding baryons and/or quark matter. This is accomplished by classifying all possible flavor and spin states of the resulting multiquark configuration in both the flavor SU(2) and SU(3) symmetric cases. We find that while the baryon has the lowest interaction energy when there is only a single surrounding baryon, the quark has the lowest interaction energy when the surrounding has more than three baryons or becomes a quark gas. As the short range nucleon-nucleon interactions are dominated by the color-spin interactions, our finding suggests that the baryon modes near other baryons are suppressed due to larger repulsive energy compared to that of a quark and thus provides a quark model basis for the quarkyoniclike phase in dense matter. At the same time, when the internal interactions are taken into account, and the matter density is high so that the color-spin interaction becomes the dominant interaction, the diquark becomes the lowest energy configuration and will thus appear in both the dense baryonic and/or quark matter.

研究の動機と目的

• クォークレベルのモデルを用いて、密度の高い核物質およびクォーク物質におけるクォーク、ダイクォーク、バリオンの安定性を調査すること。
• 色スピン相互作用が、バリオン密度が変化する条件下での多クォーク系のエネルギー状態をどのように支配するかを特定すること。
• 短距離反発力が支配的である場合に、クォークヨニック相の理論的基盤を、内部反発力の分析を通じて提供すること。
• 色スピン相互作用が支配的になると、ダイクォークが高密度バリオン物質およびクォーク物質において基底状態として出現する条件を調査すること。

提案手法

• SU(2)およびSU(3)のフレーバー対称限界における、多クォーク状態のすべての可能なフレーバーおよびスピン状態を分類する。
• 相互作用エネルギーを計算するために、色スピン相互作用ハミルトニアン HCS = −∑i<j λc_i λc_j σi·σj を使用する。
• エネルギー準位を評価するため、代数的公式 HCS = n(n−10) + 4/3 S(S+1) + 4CF + 2CC を適用する。
• バリオン環境（n = 1,2,3）および自由クォークガスを両方の環境として考慮する。
• プローブ（クォーク、ダイクォーク、バリオン）の内部色スピン因子を組み込み、相対的安定性を評価する。
• 内部相互作用を含めた後のエネルギー準位を比較し、高密度領域における支配的寄与に焦点を当てる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 クォーク、ダイクォーク、またはバリオンが、n 個のバリオンまたはクォークガスの媒体に浸透している場合、色スピン相互作用エネルギーはどのように変化するか？
• RQ2 短距離反発力が色スピン力によって支配される場合、高密度物質におけるクォークとバリオンの相対的安定性は、何によって決定されるか？
• RQ3 高密度物質において、ダイクォークが最低エネルギー状態となる条件は何か？
• RQ4 プローブ内の内部色スピン因子は、高密度環境における安定性にどのように影響するか？
• RQ5 フレーバー対称性（SU(2) 対 SU(3)）は、最も安定した多クォーク状態を決定づける要因となるか？

主な発見

• SU(2) フレーバー対称の場合、自由クォークガス中でのクォークの色スピンエネルギーは 4.364 であり、バリオンの 5.333 よりも低く、高密度でクォークの安定性が示唆される。
• SU(3) の場合、3つの相関ダイクォークはクォークガス中で最低エネルギー（2.0）を達成し、高密度で色スレート状態のダイクォーククラスターが安定であることを示唆する。
• n=1 バリオンの場合、バリオンは最低エネルギー（SU(2) では 4.444、SU(3) では 3.048）を示し、低密度でバリオンの優位性が確認される。
• 内部相互作用を含めた後、ダイクォーク（SU(2)）および3つの相関ダイクォーク（SU(3)）が、バリオン物質およびクォーク物質の両方で最も安定した構成となる。
• 結果は、色スピン反発力が減少することでクォークがバリオンよりも安定するクォークヨニックに類似た相の出現を支持する。
• これらの発見は、ダイクォーク物質が、高密度バリオン物質内または脱コンfinement状態で形成され得ることを示唆しており、特に色スピン相互作用が支配的である場合に顕著である。