[論文レビュー] Aspects of Color Superconductivity

Deog Ki Hong|ArXiv.org|Jan 3, 2001

Physics of Superconductivity and Magnetism参考文献 1被引用数 5

ひとこと要約

本稿は、3種類の軽いクォークのフレーバーを持つ高密度クォーク物質における色超伝導性を調査し、3つの軽いクォークフレーバーを持つ色・フレーバー固定（CFL）相に焦点を当てる。長距離作用する磁気グルーオン相互作用をEliashberg方程式を用いて計算し、クーパー対ギャップをΔ₀ ≈ 2⁹ᐟ²π⁴N_f⁻⁵ᐟ²e³⁰/²⁺¹·μ/g_s⁵exp(−3π²/√2g_s)として導出し、CFL相が低密度のハドロン相に写像されることを示す。また、CFL状態をボソン化し、フェルミ海をQ物質、ギャップを持つクォークをスーパ Qualiton として特定し、有効結合定数の増幅によるニュートリノ放射率の増大を分析する。

ABSTRACT

I discuss some aspects of recent developments in color superconductivity in high density quark matter. I calculate the Cooper pair gap and the critical points at high density, where magnetic gluons are not screened. The ground state of high density QCD with three light flavors is shown to be a color-flavor locking state, which can be mapped into the low-density hadronic phase. The meson mass at the CFL superconductor is also calculated. The CFL color superconductor is bosonized, where the Fermi sea is identified as a $Q$-matter and the gapped quarks as topological excitations, called superqualitons, of mesons. Finally, as an application of color supercoductivity, I discuss the neutrino interactions in the CFL color superconductor.

研究の動機と目的

• 高密度QCDにおける3種類の軽いクォークフレーバーの基底状態を理解すること、特に色・フレーバー固定（CFL）相を対象とする。
• 磁気グルーオンがスクリーニングされない高密度クォーク物質におけるクーパー対ギャップと臨界点を計算すること。
• ボソン化を用いてCFL色超伝導体を低密度ハドロン相に写像すること。
• CFL相におけるニュートリノの相互作用と放射率を分析すること、特に中性星の冷却の文脈で。

提案手法

• 高密度クォーク物質における長距離作用する磁気グルーオン交換相互作用をモデル化するため、ハード・デンス・ループ（HDL）近似を用いる。
• 磁気グルーオンがスクリーニングされないために生じる赤外発散を伴うEliashbergギャップ方程式を解く。
• CFL相における有効4点相互作用定数の増幅を図るために、レノルマライゼーション群（RG）解析を適用する。
• フェルミ海をQ物質、ギャップを持つクォークをトポロジカル励起状態（スーパ Qualiton）として特定することで、CFL状態をボソン化する。
• ギャップ方程式と対称性の破れのパターンを用いて、CFL超伝導体におけるメソン質量を計算する。
• 抑制因子(∆/µ)⁴と結合定数の増幅を組み込んだ、直接的および修正されたUrca過程によるニュートリノ放射率を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 磁気グルーオンがスクリーニングされない高密度クォーク物質におけるクーパー対ギャップは何か？
• RQ2 磁気グルーオンがスクリーニングされない状況下で、3フレーバークォーク系における色・フレーバー固定（CFL）相はどのようにして出現するか？
• RQ3 ボソン化を用いてCFL相を低密度ハドロン相に写像できるか？
• RQ4 CFL相におけるニュートリノ放射率は、通常のクォーク物質と比較してどのように変化するか？
• RQ5 有効結合定数の増幅は、コンパクト星におけるニュートリノ生成と冷却にどのように寄与するか？

主な発見

• 磁気グルーオンがスクリーニングされない高密度クォーク物質におけるクーパー対ギャップは、Eliashberg方程式から導かれたΔ₀ ≈ 2⁹ᐟ²π⁴N_f⁻⁵ᐟ²e³⁰/²⁺¹·μ/g_s⁵exp(−3π²/√2g_s)である。
• 3フレーバーの高密度QCDの基底状態は、色とフレーバーの両対称性を最大限に破壊する色・フレーバー固定（CFL）相である。
• ボソン化を用いてCFL相を低密度ハドロン相に写像可能であり、フェルミ海はQ物質に、ギャップを持つクォークはスーパ Qualiton に相当する。
• CFL超伝導体におけるメソン質量は計算され、Nambu-Goldstoneボソンのスペクトルは破れた対称性を反映している。
• 直接Urca過程によるニュートリノ放射率は、有効結合定数に比例する要因によって増幅されるが、修正Urca過程は(∆/µ)⁴によって抑制される。
• CFL相はギャップを持つ励起状態と弱い結合のため低温で急速に冷却されるが、臨界温度付近では増幅されたニュートリノ生成が冷却を加速する。