[論文レビュー] NJL-model analysis of quark matter at large density

Michael Buballa|arXiv (Cornell University)|Feb 23, 2004

Pulsars and Gravitational Waves Research被引用数 69

ひとこと要約

この論文は、Nambu-Jona-Lasinio (NJL) モデルを用いて高密度のクォーク物質を調査し、スピンゼロおよびスピン1の対称性の回復と色超伝導性に焦点を当てる。この研究では、NJLフレームワークにダイクォーク凝集状態を組み込み、特にスピン1ペアリングを含めた。また、自己無撞撃的な奇妙クォーク質量の取り扱いにより、電気的中性の制約下でも2SC-CFL相が安定化されることを示し、中性子星のクォーク物質コアの存在を支持する。

ABSTRACT

Investigations of deconfined quark matter within NJL-type models are reviewed, focusing on the regime of low temperatures and ``moderate'' densities, which is not accessible by perturbative QCD. Central issue is the interplay between chiral symmetry restoration and the formation of color superconducting phases. In order to lay a solid ground for this analysis, we begin with a rather detailed discussion of two and three-flavor NJL models and their phase structure, neglecting the possibility of diquark pairing in a first step. An important aspect of this part is a comparison with the MIT bag model. The NJL model is also applied to investigate the possibility of absolutely stable strange quark matter. In the next step the formalism is extended to include diquark condensates. We discuss the role and mutual influence of several conventional and less conventional quark-antiquark and diquark condensates. As a particularly interesting example, we analyze a spin-1 diquark condensate as a possible pairing channel for those quarks which are left over from the standard spin-0 condensate. For three-flavor systems, we find that a self-consistent calculation of the strange quark mass, together with the diquark condensates, is crucial for a realistic description of the 2SC-CFL phase transition. We also study the effect of neutrality constraints which are of relevance for compact stars. Both, homogeneous and mixed, neutral phases are constructed. Although neutrality constraints generally tend to disfavor the 2SC phase we find that this phase is again stabilized by the large values of the dynamical strange quark mass which follow from the self-consistent treatment. Finally, we combine our solutions with existing hadronic equations of state to investigate the existence of quark matter cores in neutron stars.

研究の動機と目的

• NJL型モデルを用いて、高密度クォーク物質におけるチャーミカル対称性の回復と色超伝導相の相乗的相互作用を分析すること。
• 2および3フレーバーのNJLモデルをMITバッグモデルと比較することで、高密度クォーク物質を研究する基盤を確立すること。
• NJLフレームワーク内で絶対的に安定な奇妙クォーク物質の可能性を調査すること。
• NJLモデルにダイクォーク凝集状態を拡張し、特に3フレーバー系における相構造に与える影響を評価すること。
• 電気的中性の制約が色超伝導相に与える影響を検討し、そのコンパクト星における関連性を明らかにすること。

提案手法

• 低温度・中程度の密度におけるクォーク物質を記述するため、2および3フレーバーのNJLモデルを用い、初期段階ではダイクォークペアリングを除外する。
• MITバッグモデルと比較することで、NJLモデルの結果を検証し、相構造における相違点を強調する。
• 従来のスピン0およびあまり一般的でないスピン1ペアリングチャネルを含む、ダイクォーク凝集状態をNJL形式に組み込む。
• ダイクォーク凝集状態と併せて奇妙クォーク質量を自己無撞撃的に計算し、2SC-CFL相転移を正確に記述する。
• コンパクト星に適した電気的中性制約下で、均一および混合中性相を構築する。
• 既存の中性子星のハドロン状態方程式とNJLベースのクォーク物質状態方程式を組み合わせ、中性子星内部をモデル化する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NJLモデル内での高密度クォーク物質において、チャーミカル対称性の回復と色超伝導性はどのように共存するか？
• RQ2 特にスピン1ペアリングを含むダイクォーク凝集状態は、色超伝導相の安定化にどのような役割を果たすか？
• RQ3 奇妙クォーク質量の自己無撞撃的取り扱いは、3フレーバークォーク物質における2SC-CFL相転移にどのように影響するか？
• RQ4 電気的中性制約は、コンパクト星環境における2SC相をどれほど抑制または安定化させるか？
• RQ5 NJLベースのクォーク物質状態方程式とハドロン状態方程式を組み合わせた場合、中性子星にクォーク物質コアが存在しうるか？

主な発見

• 特にスピン1ペアリングを含むダイクォーク凝集状態の導入により、標準的なスピン0凝集状態に含まれないクォークのペアリングを実現する有効なメカニズムが得られる。
• 3フレーバー系における2SC-CFL相転移を正確に記述するには、奇妙クォーク質量の自己無撞撃的取り扱いが不可欠である。
• 電気的中性制約は一般的に2SC相を不利にするが、これは大きな動的奇妙クォーク質量によって相殺され、相が安定化される。
• 動的クォーク質量とダイクォークペアリングの相互作用のおかげで、電気的中性制約下でも2SC相は実現可能である。
• NJLベースのクォーク物質状態方程式とハドロン状態方程式を組み合わせることで、中性子星にクォーク物質コアが存在しうることを支持する。