[論文レビュー] The Phase Diagram of Neutral Quark Matter

Stefan B. Ruester|ArXiv.org|Dec 20, 2006

Pulsars and Gravitational Waves Research被引用数 3

ひとこと要約

本学位論文は、自己整合的に生成されたクォーク質量を有するNambu–Jona-Lasinio (NJL) モデルを用い、9パラメータのギャップ行列アンサンブルを用いて、密度が高く局所的に中性な3フラバークォーク物質の相図を調査する。色・フラバー・ロックド（CFL）相からギャップなしCFL（gCFL）相、および金属的CFL（mCFL）、uSC、2SC、g2SCなどの他の相への臨界的転移を特定し、中性子星の形成段階におけるニュートリノ捕獲が2SC相をCFL相よりも優位にする傾向があることを示し、クォークコアの安定性および脱レプトン化後の奇妙クォーク生成に影響を与える。

ABSTRACT

In this thesis, I study the phase diagram of dense, locally neutral three-flavor quark matter as a function of the strange quark mass, the quark chemical potential, and the temperature, employing a general nine-parameter ansatz for the gap matrix. I also study the phase diagram of dense, locally neutral three-flavor quark matter within the framework of a Nambu-Jona-Lasinio (NJL) model. In the analysis, dynamically generated quark masses are taken into account self-consistently. The phase diagram in the plane of temperature and quark chemical potential is presented. In addition, I study the effect of neutrino trapping on the phase diagram of dense, locally neutral three-flavor quark matter within the same NJL model. The phase diagrams in the plane of temperature and quark chemical potential, as well as in the plane of temperature and lepton-number chemical potential are presented. The implications of these results for the evolution of protoneutron stars are briefly discussed.

研究の動機と目的

• 密度が高く局所的に中性な3フラバークォーク物質の相図を、奇妙クォーク質量、クォーク化学ポテンシャル、および温度の関数として描画すること。
• 動的に生成されたクォーク質量および二クォーク結合強度が基底状態相を決定する役割を調査すること。
• 中性子星の原始中性子星における色超伝導相の安定性に及ぼすニュートリノ捕獲の影響を分析すること。
• 特にクォークコア形成および奇妙クォーク生成に関連する、コンパクト星の構造と進化への影響を評価すること。

提案手法

• 3フラバークォーク物質における対称化を記述するための一般化された9パラメータのギャップ行列アンサンブルを採用する。
• 自己整合的に生成された動的クォーク質量を扱うNambu–Jona-Lasinio (NJL) モデルを用いる。
• ギャップパラメータ、化学ポテンシャル、および熱力学的量を求めるために平均場近似を適用する。
• 原始中性子星の状態を模倣するために、NJLモデルにレプトン数化学ポテンシャルを組み込み、ニュートリノ捕獲を組み込む。
• T、μ、μ_L空間における3次元相図を構築し、2次元断面を分析する。
• マツバラ周波数の和およびディラックトレース技術を用いて、有効作用および圧力を計算する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 奇妙クォーク質量および化学ポテンシャルを変化させた場合、零温度および有限温度における中性3フラバークォーク物質の相図の構造はいかなるものか？
• RQ2 動的に生成されたクォーク質量を含めることで、CFL相およびgCFL相の安定性にどのような影響が生じるか？
• RQ3 原始中性子星におけるニュートリノ捕獲が、CFL相と2SC相の間の競合に及ぼす影響は何か？
• RQ4 二クォーク結合強度は、ギャップなしおよび金属的色超伝導相の出現および安定性にどのように影響するか？
• RQ5 原始中性子星において2SC相が基底状態となり得るか？その場合、奇妙クォーク生成にどのような影響があるか？

主な発見

• 零温度かつ奇妙クォーク質量が小さい場合、基底状態は色・フラバー・ロックド（CFL）相であり、臨界的な奇妙クォーク質量に達するとギャップなしCFL（gCFL）相に転移する。
• 金属的CFL（mCFL）相およびuSC相は、相図において明確に分離された相として現れ、uSC相は上クォークの色のみにペアリングが生じる特徴を持つ。
• ニュートリノ捕獲は、クォーク間のフェルミ運動量不一致を低減することで2SC相を強く支持するが、高い電子化学ポテンシャルのためCFL相を劣位化させる。
• 2SC相と通常のクォーク物質相を分ける臨界線は、ニュートリノ捕獲の影響をほとんど受けていない。
• 原始中性子星では、脱レプトン化が完全に終了する前にはCFL相が形成されにくく、クォークコアにおいて2SC相が最も確率の高い基底状態となる。
• 脱レプトン化後には、奇妙クォークの急速な生成が予想され、コンパクト星の進化における観測可能なシグナチャーを引き起こす可能性がある。