[論文レビュー] Gapless pion condensation in quark matter with finite baryon density

Д. Эберт, К. Г. Клименко|arXiv (Cornell University)|Jul 1, 2005

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 7

ひとこと要約

本稿では、バリオンおよびアイソスピンの化学ポテンシャルを伴うゼロ温度におけるナンブ＝ジョナ＝ラシンォ（NJL）模型を検討し、パイオン凝縮を示す2つの異なる相を明らかにした。ギャップなしパイオン凝縮（GPC）相では、クォークはギャップを持たず、u-クォークおよびd-クォークのギャップなし励起が可能となり、バリオン密度がゼロでないことが示された。これは、クォークがギャップを持つギャップあり相とは対照的である。

ABSTRACT

The phase structure of the Nambu -- Jona-Lasinio model at zero temperature and in the presence of baryon- and isospin chemical potentials is investigated. It is shown that in the chiral limit and for a wide range of model parameters there exist two different phases with pion condensation. In the first, ordinary phase, quarks are gapped particles. In the second, gapless pion condensation (GPC) phase, there is no energy cost for creating only $u$- or both $u$ and $d$ quarks. Moreover, in the GPC phase, in contrast to the ordinary one, the density of baryons is nonzero.

研究の動機と目的

• 有限なバリオンおよびアイソスピンの化学ポテンシャル下におけるNambu-Jona-Lasinio（NJL）模型の相構造を分析すること。
• ゼロ温度におけるチャーミカル限界でパイオン凝縮が生じるかどうかを特定すること。
• 特にクーパー対のギャップの有無に注目し、パイオン凝縮を示す相を同定し、その特徴を特定すること。
• パイオン凝縮の存在下におけるバリオン密度の役割を検討し、ギャップあり相と対比すること。

提案手法

• チャーミカル対称性および4フェルミオン相互作用を有するNJL模型を用いる。
• クォーク物質の非ゼロ密度状態をモデル化するため、有限なバリオンおよびアイソスピンの化学ポテンシャルを導入する。
• チャーミカル限界におけるギャップ方程式および自己無撞着条件を解き、相構造を決定する。
• クーパー対励起のエネルギースペクトルを分析し、ギャップなしモードの存在を同定する。
• ギャップありおよびギャップなしパイオン凝縮相の熱力学的およびスペクトル的性質を比較する。
• 平均場近似を用いて、2つのパイオン凝縮相の相転移および安定性を研究する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 チャーミカル限界における有限なバリオン密度を有するクォーク物質でパイオン凝縮が生じるか？
• RQ2 ギャップなしパイオン凝縮（GPC）相は、従来のギャップありパイオン凝縮相とどのように異なるか？
• RQ3 GPC相におけるバリオン密度はどのように振る舞い、ギャップあり相とはどのように異なるか？
• RQ4 GPC相における準粒子励起の性質は何か。具体的には、ギャップありかギャップなしか？
• RQ5 NJL模型のパrameter空間において、GPC相がどのような条件下で出現するか？

主な発見

• ゼロ温度で有限なバリオンおよびアイソスピンの化学ポテンシャルを伴うNJL模型において、2つの異なるパイオン凝縮相が存在する。
• ギャップなしパイオン凝縮（GPC）相では、u-クォークまたは両方のクォークを励起するためのエネルギーギャップが存在せず、ギャップなし準粒子励起が示唆される。
• ギャップあり相とは対照的に、GPC相では非ゼロのバリオン密度を支持しており、これはパイオン凝縮状態においてバリオン密度がゼロになるという従来の期待とは乖離していることを示している。
• GPC相は広範なモデルパラメータ範囲で出現し、チャーミカル限界において安定である。
• ギャップ方程式の自己無撞着解およびスペクトル解析を通じて、GPC相の存在が確認された。
• GPC相では、パイオンが凝縮しているにもかかわらず、クォークにフェルミ面が存在する。これは、ギャップあり相とは顕著に異なる重要な特徴である。