[論文レビュー] Color Superconducting State of Quarks

B. O. Kerbikov|ArXiv.org|Oct 15, 2001

Cold Atom Physics and Bose-Einstein Condensates参考文献 2被引用数 5

ひとこと要約

この論文は、高密度バリオン物質におけるクォーク物質の色超伝導の理論をレビューし、従来のBCS超伝導と類似点と主要な相違点に焦点を当てる。ギャップ方程式とクォーク対のギンツブルグ＝ランダウ自由エネルギーを導出し、極端に高密度の極限において、ギャップがQCD結合定数に指数関数的に依存し、安定な色・フレーバー固定（CFL）相に至ることを示す。

ABSTRACT

An introductory review of physics of color superconducting state of matter is presented. Comparison with superconductivity in electron systems reveals difficulties involved in formulating color superconductivity theory at moderately ultra-nuclear density.

研究の動機と目的

• 密度の高いクォーク物質における色超伝導状態の物理を包括的に紹介すること。
• 特に標準的なBCS手法の破綻を引き起こす中程度の密度における色超伝導の理論的課題を明確にすること。
• ダイクォーク凝集相のダイナミクスと、QCDにおけるゲージ対称性の破れに与える影響を調査すること。
• 摂動的QCDが適用可能な極端に高密度の極限において、ギャップ関数が非BCS的性質を示すことを検討すること。
• CFL相における回転した電磁気学的現象、例えば回転した電磁気学的対称性を調査すること。

提案手法

• ダイクォーク凝集相のダイナミクスを記述するために、有効場理論とギンツブルグ＝ランダウ形式を用いる。
• 相対論的および遅延効果を考慮したクォーク系にBCSギャップ方程式を適用する。
• 非摂動的効果を含む、色超伝導相のギンツブルグ＝ランダウ自由エネルギー関数を導出する。
• 漸近的自由性とデバイー遮蔽を用いて、極端に高密度極限における摂動的計算を実施する。
• 光子とグルーオン（G^8）を混合させることで、回転したU(1)電磁的電流を構成し、新たな保存電荷を導出する。
• 混合角α₀ ≈ ηe/gを分析し、新たな光子が整数電荷を有するクォークと弱く結合し、ミッシャー効果を媒介することを示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 クォーク物質における色超伝導は、電子系における従来のBCS超伝導とどのように異なるか？
• RQ2 ダイクォーク凝集相の構造は何か？ また、2フレーバーおよび3フレーバー系において、SU(3)_cゲージ対称性はどのように破れるか？
• RQ3 極端に高密度極限においてギャップはどのように振る舞い、QCD結合定数にどのように依存するか？
• RQ4 ダイクォーク凝集は、クォーク物質の電磁気的性質にどのような影響を及えるか？
• RQ5 CFL相において新たな質量ゼロのU(1)ゲージボソンが出現する可能性はあるか？ また、クォークとどのように結合するか？

主な発見

• 極端に高密度極限において、色超伝導ギャップはΔ ≈ (μ / g⁵) × b × exp(−3π² / (√2 g))とスケーリングし、b = 512π⁴ × 2^(-1/3) × (2/3)^(5/2)となる。これは結合定数に強い指数的依存性を示す。
• 高密度領域におけるギャップは、相対論的および遅延効果のため、BCSの結果とは本質的に異なり、単純な接触相互作用モデルは不適切である。
• CFL相は、ストレンジクォークの質量が無視可能になり、ギャップがμに対して対数的に増加するため、高μにおいて2SC相よりもエネルギー的に有利になる。
• CFL相では、新たな保存電荷Q̃ = Q + ηλ₈（η = 1/√3）が導入され、回転した電磁気的U(1)対称性が得られ、質量ゼロの光子Ãμ = cosα₀ Aμ + sinα₀ G*μが得られる。
• 混合角α₀ ≈ ηe/gは小さいため、新たな光子はクォークと弱く結合し、標準的なミッシャー効果を媒介する。
• 非摂動的効果（グルーオン相関長（約0.2 fm）や頂点補正）は未解決であり、μ < 10⁸ MeVではギャップ式の信頼性が制限される。