[논문 리뷰] NJL-model analysis of quark matter at large density

Michael Buballa|arXiv (Cornell University)|2004. 02. 23.

Pulsars and Gravitational Waves Research인용 수 69

한 줄 요약

이 논문은 Nambu-Jona-Lasinio (NJL) 모델을 사용하여 고밀도에서의 쿼크 물질을 연구하며, 초순수 대칭 복원과 색 초전도성에 초점을 맞춘다. 이 연구는 NJL 프레임워크를 디쿼크 쌍성화를 포함하도록 확장하여 스핀-1 쌍성화를 특히 다루며, 자기구속적인 이상한 쿼크 질량 처리가 중성 조건 하에서도 2SC-CFL 상을 안정화시켜 뉴트론성의 쿼크 물질 핵 존재를 뒷받침함을 보여준다.

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.

연구 동기 및 목표

• NJL 유형 모델을 사용하여 고밀도 쿼크 물질에서 초순수 대칭 복원과 색 초전도성 상이 어떻게 공존하는지 분석하기.
• MIT 백색 모델과의 비교를 통해 두- 및 세-플레버 NJL 모델을 활용해 고밀도 쿼크 물질 연구의 기초를 마련하기.
• NJL 프레임워크 내에서 절대적으로 안정된 이상한 쿼크 물질의 가능성을 조사하기.
• NJL 모델을 디쿼크 쌍성화를 포함하도록 확장하고, 특히 세-플레버 시스템에서의 상 구조에 미치는 영향을 평가하기.
• 중성 조건이 색 초전도성 상에 미치는 영향과 이들이 압축된 별에 대한 관련성을 검토하기.

제안 방법

• 초기에는 디쿼크 쌍성화를 배제한 채, 저온 및 중간 밀도에서의 쿼크 물질을 기술하기 위해 이중 및 삼중 플레버 NJL 모델을 사용하기.
• MIT 백색 모델과의 비교를 통해 프레임워크의 타당성을 검증하고 상의 구조적 차이를 부각하기.
• 기존의 스핀-0와 덜 일반적인 스핀-1 쌍성화 채널을 포함한 디쿼크 쌍성화를 NJL 체계에 통합하기.
• 자기구속적인 이상한 쿼크 질량 계산을 디쿼크 쌍성화와 함께 수행하여 2SC-CFL 상전이를 정확히 기술하기.
• 압축된 별에 관련된 중성 조건 하에서 균일한 및 혼합된 중성 상을 구성하기.
• 기존의 강입자 상태방정식과 NJL 기반의 쿼크 물질 상태방정식을 조합하여 뉴트론성 내부를 모델링하기.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 NJL 모델 내에서 고밀도 쿼크 물질에서 초순수 대칭 복원과 색 초전도성은 어떻게 공존하는가?
• RQ2 디쿼크 쌍성화, 특히 스핀-1 쌍성화는 어떻게 색 초전도성 상을 안정화시키는가?
• RQ3 자기구속적인 이상한 쿼크 질량 처리는 세-플레버 쿼크 물질에서 2SC-CFL 상전이에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ4 중성 조건은 얼마나 압축된 별 환경에서 2SC 상을 억제하거나 안정화시키는가?
• RQ5 NJL 기반 쿼크 물질 상태방정식과 강입자 상태방정식을 조합했을 때 뉴트론성에 쿼크 물질 핵이 존재할 수 있는가?

주요 결과

• 특히 스핀-1 쌍성화를 포함한 디쿼크 쌍성화의 포함은 표준 스핀-0 쌍성화에 관여하지 않는 쿼크에서의 쌍성화 메커니즘을 실현 가능하게 한다.
• 세-플레버 시스템에서 2SC-CFL 상전이를 정확히 기술하기 위해 이상한 쿼크 질량의 자기구속적 처리가 필수적이다.
• 중성 조건은 일반적으로 2SC 상을 불리하게 하지만, 이 경향은 큰 동적 이상한 쿼크 질량에 의해 상쇄되어 상이 안정화된다.
• 동적 쿼크 질량과 디쿼크 쌍성화 간의 상호작용으로 인해 중성 조건 하에서도 2SC 상은 유지 가능하다.
• NJL 기반 쿼크 물질 상태방정식과 강입자 상태방정식의 조합은 뉴트론성 내 쿼크 물질 핵 존재를 뒷받침한다.