[논문 리뷰] Algebraic approach to quarkyoniclike configuration and stable diquarks in dense matter

Aaron Park, Su Houng Lee|arXiv (Cornell University)|2022. 02. 11.

Cold Atom Physics and Bose-Einstein Condensates참고 문헌 28인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 색스핀 상호작용을 고려한 대수적 쿼크 모형을 사용하여 밀도가 높은 물질 내 쿼크, 디쿠ォ크, 바리온의 안정성을 분석한다. 저밀도에서는 바리온이 에너지적으로 유리한 반면, 고체 밀도 또는 쿼크 물질에서는 상호작용의 감소로 인해 쿼크가 바리온보다 더 안정해지며, 색스핀 상호작용이 지배할 경우 디쿠ォ크가 가장 낮은 에너지 상태로 나타난다. 이는 뉴트론성에서의 쿼크요닉 및 디쿠ォ크 물질 상에 대한 이론적 기반을 제공한다.

ABSTRACT

We study the color-spin interaction energy of a quark, a diquark and a baryon with their surrounding baryons and/or quark matter. This is accomplished by classifying all possible flavor and spin states of the resulting multiquark configuration in both the flavor SU(2) and SU(3) symmetric cases. We find that while the baryon has the lowest interaction energy when there is only a single surrounding baryon, the quark has the lowest interaction energy when the surrounding has more than three baryons or becomes a quark gas. As the short range nucleon-nucleon interactions are dominated by the color-spin interactions, our finding suggests that the baryon modes near other baryons are suppressed due to larger repulsive energy compared to that of a quark and thus provides a quark model basis for the quarkyoniclike phase in dense matter. At the same time, when the internal interactions are taken into account, and the matter density is high so that the color-spin interaction becomes the dominant interaction, the diquark becomes the lowest energy configuration and will thus appear in both the dense baryonic and/or quark matter.

연구 동기 및 목표

• 쿼크 수준의 모형을 사용하여 고밀도 핵물질 및 쿼크 물질 내 쿼크, 디쿠ォ크, 바리온의 안정성을 조사한다.
• 색스핀 상호작용이 다양한 바리온 밀도에서 다중쿼크 시스템의 에너지 구성에 어떻게 영향을 미치는지 규명한다.
• 단거리 반발력이 색스핀 힘에 의해 지배될 때 쿼크요닉 상의 이론적 기초를 제공하기 위해 분석한다.
• 색스핀 상호작용이 지배할 경우 고밀도 바리온성 및 쿼크 물질에서 디쿠ォ크가 기저 상태로 나타나는 조건을 탐색한다.

제안 방법

• SU(2) 및 SU(3)의 맛 대칭 근사에서 다중쿼크 구성의 가능한 맛과 스핀 상태를 분류한다.
• 색스핀 상호작용 해밀토니안 HCS = −∑i<j λc_i λc_j σi·σj 를 사용하여 상호작용 에너지를 계산한다.
• 에너지 수준 평가를 위해 대수적 공식 HCS = n(n−10) + 4/3 S(S+1) + 4CF + 2CC 를 적용한다.
• 바리온 주변(n = 1,2,3)과 자유 쿼크 기체를 모두 환경으로 고려한다.
• 프로브(쿼크, 디쿠ォ크, 바리온)의 내부 색스핀 요소를 포함하여 상대적 안정성을 평가한다.
• 내부 상호작용을 포함한 후 에너지 수준을 비교하며, 고밀도 영역에서 지배적인 기여를 집중적으로 분석한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 쿼크, 디쿠ォ크, 또는 바리온이 n개의 바리온 또는 쿼크 기체로 이루어진 매질에 잠기면 색스핀 상호작용 에너지는 어떻게 변하는가?
• RQ2 단거리 반발력이 색스핀 힘에 의해 지배될 경우, 고밀도 물질에서 쿼크와 바리온의 상대적 안정성은 무엇에 의해 결정되는가?
• RQ3 고밀도 물질에서 디쿠ォ크가 가장 낮은 에너지 상태가 되는 조건은 무엇인가?
• RQ4 프로브 내부의 색스핀 요소가 고밀도 환경에서의 안정성에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ5 맛 대칭(SU(2) 대비 SU(3))은 가장 안정한 다중쿼크 구성에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• SU(2) 맛 대칭의 경우, 자유 쿼크 기체에서 쿼크의 색스핀 에너지가 가장 낮다(4.364), 바리온(5.333)보다 낮아 고밀도에서 쿼크의 안정성이 높음을 시사한다.
• SU(3)의 경우, 세 개의 상관된 디쿠ォ크가 자유 쿼크 기체에서 가장 낮은 에너지(2.0)를 기록하여 고밀도에서 색-싱เก트론 디쿠ォ크 클러스터의 안정성이 나타난다.
• n=1 바리온의 경우, 바리온이 가장 낮은 에너지를 가진다(SU(2)에서 4.444, SU(3)에서 3.048), 저밀도에서 바리온의 지배적 성질을 확인한다.
• 내부 상호작용을 포함한 후, 디쿠ォ크(SU(2))와 세 개의 상관된 디쿠ォ크(SU(3))가 고밀도의 바리온성 및 쿼크 물질 모두에서 가장 안정한 구성이 된다.
• 결과는 색스핀 반발력 감소로 인해 고밀도 물질에서 쿼크가 바리온보다 더 안정한 쿼크요닉 유사 상이 나타나는 것을 지지한다.
• 결과는 색스핀 상호작용이 지배할 경우 고밀도 바리온성 물질 또는 분리된 상태에서 디쿠ォ크 물질이 형성될 수 있음을 시사한다.