[論文レビュー] Novel phases and transitions in quark matter

David B. Kaplan, Sanjay Reddy|arXiv (Cornell University)|Jul 25, 2001

Pulsars and Gravitational Waves Research被引用数 9

ひとこと要約

この論文は、非ゼロのクォーク質量を持つ状態におけるクォーク物質の相を調査し、レプトンを含む電荷を帯びたおよび電荷中性のクォーク物質の相図を描画している。結論として、色電荷フラバー鎖定常（CFL）相は自然界に存在しにくいが、さまざまなカラーシュレーディング超伝導相およびメソン凝縮相は中性子星の核に存在しうり、中性子星の構造および力学に大きな影響を及える可能性がある。

ABSTRACT

We analyze the phases of dense quark matter at nonzero quark masses. We map out the phase diagrams for charged quark matter as well as charge neutral matter containing leptons. We find that the Color Flavor Locked (CFL) phase is unlikely to ever occur in nature. Various color superconducting meson condensed phases may play a role in neutron star cores, however, in agreement with the analysis of Bedaque and Schaefer. We discuss the implications of these novel color superconducting quark matter phases and their transitions for neutron stars.

研究の動機と目的

• 非ゼロのクォーク質量を持つ現実的な条件下での高密度クォーク物質の相図を描画すること。
• 特に中性子星の核において、色電荷フラバー鎖定常（CFL）相が自然界に実現可能かどうかを評価すること。
• レプトンを含む電荷中性クォーク物質における代替のカラーシュレーディング超伝導相およびメソン凝縮相を調査すること。
• これらの新しい相および相転移が中性子星物理学に与える影響を評価すること。

提案手法

• 高密度および非ゼロのクォーク質量におけるクォーク物質をモデル化するために、有効場理論の手法を用いる。
• 電荷を帯びたクォーク物質およびレプトン平衡を満たす電荷中性系の両方の相図を構築する。
• カラーシュレーディング超伝導ペアリングおよびメソン凝縮を記述するために、平均場近似を適用する。
• CFL相と他のカラーシュレーディング超伝導相およびメソン凝縮相との間で熱力学的安定性を比較する。
• バダックとシュアファーの分析から得られる制約を、代替相の物理的妥当性を裏付けるために用いる。
• レプトンのスクリーニング効果および電荷中性条件が安定相を決定する役割を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 非ゼロのクォーク質量を持つ中性子星において、色電荷フラバー鎖定常（CFL）相は熱力学的に安定で、物理的に実現可能だろうか？
• RQ2 レプトンを含む電荷中性クォーク物質における主要なカラーシュレーディング超伝導相およびメソン凝縮相は何か？
• RQ3 異なるクォーク物質相の間の相転移が、中性子星の構造および冷却にどのように影響するか？
• RQ4 現実的な条件下で、メソン凝縮相はCFL相に対して相対的にどの程度安定か？
• RQ5 非ゼロのクォーク質量およびレプトン含量は、高密度クォーク物質の相図にどのように影響を及えるか？

主な発見

• 非ゼロのクォーク質量の影響により、色電荷フラバー鎖定常（CFL）相は自然界に現れる可能性が低い。
• 現実的な条件下では、さまざまなカラーシュレーディング超伝導相およびメソン凝縮相がCFL相よりも安定であることが判明した。
• 特にレプトンを含む電荷中性クォーク物質におけるメソン凝縮相は、中性子星の核において重要な役割を果たす可能性がある。
• 非ゼロのクォーク質量およびレプトンスクリーニング効果により、高密度クォーク物質の相図は顕著に変化する。
• 異なるカラーシュレーディング超伝導相およびメソン凝縮相の間の相転移は、中性子星の冷却および状態方程式に影響を及える可能性がある。
• 結果は、バダックとシュアファーの先行分析と整合しており、中性子星におけるCFLでないクォーク物質相の現実的妥当性を強化している。