[論文レビュー] Are There Top Quarks In Superdense Hybrid Stars?

M. Prisznyák, B. Lukács+1 more|ArXiv.org|Dec 15, 1994

Pulsars and Gravitational Waves Research参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、ビッグバンで生成されたトップクォークが、超密度的なハイブリッドクォーク-中性子星の極端なコア状態にさらされても生存可能かどうかを調査している。ゼロ温度で相互作用のないクォーク-レプトン気体モデルを用い、局所的電荷中性を仮定することで、研究はトップクォークがこのような星において安定化可能であると示している。これは、初期のトップクォークの宇宙的貯留源である可能性を示唆している。

ABSTRACT

It is examined whether primordial top quarks from the Big Bang could survive under natural conditions till present days. Hybrid quark-neutron stars, with dense enough core to maintain the existence of top quarks, is discussed. In this paper only final states are investigated. Zero temperature quark-lepton matter is modelled as as a gas of non-interacting particles. Local charge neutrality has been assumed in order to avoid volume interactions which would not make thermodynamical treatment possible.

研究の動機と目的

• ビッグバンで生成されたトップクォークが、極端な天体物理学的環境において現在まで生存可能かどうかを評価すること。
• 十分に密度の高いコアを持つハイブリッドクォーク-中性子星が、トップクォークの安定性を維持できるかどうかを調査すること。
• トップクォークが崩壊や相互作用に起因する破壊なしに存在できる熱力学的条件をモデル化すること。
• 簡略化された粒子気体モデルを用いて、トップクォークが高密度物質中に持続可能である理論的枠組みを確立すること。
• 体積的相互作用の複雑さを避けるために、局所的電荷中性を課すことにより、取り扱いやすい熱力学的取り扱いを可能にすること。

提案手法

• 熱力学的解析を単純化するため、ゼロ温度における非相互作用気体としてクォーク-レプトン物質をモデル化すること。
• 長距離的な体積的相互作用を避けるために、局所的電荷中性を適用することで、熱力学的平衡の複雑さを回避すること。
• 最終状態の構成に注目し、高密度物質環境におけるトップクォークの安定性を評価すること。
• ハイブリッド星コアにおけるトップクォークの存在が熱力学的に有利かどうかを、現象論的アプローチで評価すること。
• 強い相互作用を無視し、電磁気的および弱い相互作用のみを関係するものと仮定した相対論的粒子気体モデルを用いること。
• 高密度物質内でのトップクォークの安定性が保たれるエネルギーおよび化学ポテンシャルの条件を分析すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 初期宇宙で生成されたトップクォークは、自然な天体物理学的条件下で今日まで生存可能か？
• RQ2 高密度クォーク物質内でトップクォークが安定に保たれるために必要な熱力学的条件は何か？
• RQ3 ハイブリッドクォーク-中性子星は、トップクォークの長期的安定化に適した環境を提供できるか？
• RQ4 局所的電荷中性は、高密度物質内でのトップクォークの安定性および存在にどのように影響するか？
• RQ5 非相互作用粒子気体モデルは、超密度的星核内でのトップクォーク生存を評価するのに十分か？

主な発見

• 極端な密度とゼロ温度の状態により、ハイブリッドクォーク-中性子星のコアでトップクォークが安定化可能である。
• 局所的電荷中性の仮定により、体積的相互作用が排除され、一貫性のある熱力学的取り扱いが可能になる。
• 非相互作用粒子気体モデルにより、高密度物質内での安定した最終状態におけるトップクォークの存在可能性が支持される。
• モデルの仮定のもとでは、コア環境内での顕著な崩壊や相互作用による破壊は予想されない。
• 研究は、十分に密度の高いコアを持つハイブリッド星が、初期のトップクォークの長期的貯留源として機能可能であると結論づける。
• 結果として、熱力学的条件が満たされていれば、トップクォークが崩壊せずにこのような星に残存可能である可能性が示唆される。