[論文レビュー] The symmetry energy in nucleon and quark matter

Lie-Wen Chen|arXiv (Cornell University)|Aug 15, 2017

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 13

ひとこと要約

本稿は、核物質およびクォーク物質における対称性エネルギーの現在の状態をレビューし、その密度依存性に焦点を当てる。閉じ込められたスピン密度依存質量（CIDDM）モデルを用いて、2太陽質量のパulsarをクォーク星として説明するには、u-dクォーク物質の対称性エネルギーが自由クォークガスまたは標準的NJLモデルの2倍以上である必要があることを示し、非対称物質におけるuクォークとdクォークの間に強いスピン密度依存性相互作用があることを示唆する。

ABSTRACT

The symmetry energy characterizes the isospin dependent part of the equation of state of isospin asymmetric strong interaction matter and it plays a critical role in many issues of nuclear physics and astrophysics. In this talk, we briefly review the current status on the determination of the symmetry energy in nucleon (nuclear) and quark matter. For nuclear matter, while the subsaturation density behaviors of the symmetry energy are relatively well-determined and significant progress has been made on the symmetry energy around saturation density, the determination of the suprasaturation density behaviors of the symmetry energy remains a big challenge. For quark matter, which is expected to appear in dense matter at high baryon densities, we briefly review the recent work about the effects of quark matter symmetry energy on the properties of quark stars and the implication of possible existence of heavy quark stars on quark matter symmetry energy. The results indicate that the $u$ and $d$ quarks could feel very different interactions in isospin asymmetric quark matter, which may have important implications on the isospin effects of partonic dynamics in relativistic heavy-ion collisions.

研究の動機と目的

• 核物質およびクォーク物質における対称性エネルギーの密度依存性に関する現在の制約を評価すること。
• 最近の高質量パルサー観測（例：PSR J1614-2230、J0348+0432）がクォーク物質の対称性エネルギーに与える影響を調査すること。
• 2太陽質量近辺の質量を持つクォーク星が、現実的なクォーク物質モデルで説明可能かどうかを検討すること。
• クォーク物質におけるスピン密度非対称性の役割と、相対論的重イオン衝突における部分的力学に与える影響を検討すること。

提案手法

• 2フラバーu-dクォーク物質の状態方程式を記述するために、閉じ込められたスピン密度依存質量（CIDDM）モデルを用いる。
• スピン密度非対称性効果を定量化するために、対称性エネルギー展開 $ E_{\text{sym}}(n_B, n_s) = \frac{1}{2!} \frac{\partial^2 E}{\partial \delta_q^2} \big|_{\delta_q=0} $ を適用する。
• CIDDMモデルによるクォーク物質の対称性エネルギー予測を、自由クォークガスおよび従来のNJLモデルと比較する。
• モデルパラメータを固定するために、高質量パルサー（PSR J1614-2230およびJ0348+0432）からの観測的制約を適用する。
• 実験的および理論的制約を用いて、核物質における密度勾配パラメータ $ L(\rho_0) $ および対称性エネルギーの大きさ $ E_{\text{sym}}(\rho_0) $ を評価する。
• DI-70、DI-85、DI-0などの異なるパラメータセットがクォーク星質量および対称性エネルギー予測に与える影響を分析する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 2M☉パルサーをクォーク星として説明するには、2フラバーu-dクォーク物質の対称性エネルギーがどの程度の値をとる必要があるか？
• RQ2 クォーク物質における対称性エネルギーは、自由クォークガスや標準的NJLモデルとどのように異なるか？
• RQ3 クォーク物質の対称性エネルギーが強く増幅されることの、uクォークとdクォーク間のスピン密度依存性相互作用に与える意味は何か？
• RQ4 実験、天体物理学、理論の観点から、核物質の非飽和および過飽和密度における対称性エネルギーの制約は、どのように比較されるか？
• RQ5 密度勾配パラメータ $ L $ は、飽和密度近傍における対称性エネルギーの振る舞いを決定づける役割を果たすか？

主な発見

• 2太陽質量のパルサーをクォーク星として説明するには、2フラバーu-dクォーク物質の対称性エネルギーが、自由クォークガスまたは標準的NJLモデルの2倍以上である必要がある。
• パラメータセットDI-70（z=1.8）を用いたCIDDMモデルは、クォーク物質の対称性エネルギーが自由クォークガスの約2倍であると予測する。
• 2SC相における対称性エネルギーは、通常のクォーク物質の約3倍であり、DI-70の予測と同程度の大きさである。
• 非飽和密度における核物質の対称性エネルギーの制約は一貫しており、良好に制約されており、$ E_{\text{sym}}(\rho_0) = 32.5 \pm 2.5 $ MeV および $ L = 55 \pm 25 $ MeV である。
• 過飽和密度における核物質の対称性エネルギーの振る舞いは、重イオン衝突データと輸送モデルからの矛盾する制約のため、未だ不確実である。
• クォーク物質の対称性エネルギーの強力な増幅は、スピン密度非対称なクォーク物質においてuクォークとdクォークが顕著に異なる相互作用を経験していることを示唆し、相対論的重イオン衝突における部分的力学に影響を与える。