[논문 리뷰] The phase diagram of neutral quark matter with pseudoscalar condensates in the color-flavor locked phase

Harmen J. Warringa|ArXiv.org|2006. 06. 06.

High-Energy Particle Collisions Research인용 수 8

한 줄 요약

이 논문은 고 빈도수 밀도에서 약한 평형 조건 하에 전하 및 색 중성 쿼크 물질의 상도를 연구하기 위해 NJL 모델을 확장한다. 이는 색-색깔 락킹(CFL) 상에서 편성자 이쿠아크 콘덴세이트를 포함한다. 저온에서 케이온 농축된 CFL-K⁰ 상이 표준 CFL 상보다 에너지적으로 유리하다는 것을 발견하였으며, 이는 갭 없는 모드를 포함하지 않아 중성자 방출 속도가 크게 감소함을 의미한다. 이는 밀집된 별의 냉각에 영향을 미친다.

ABSTRACT

We calculate the phase diagram of color and electrically neutral quark matter in weak equilibrium using the NJL model at high baryon densities. We extend previous analyses by taking into account the possibility of formation of pseudoscalar meson condensates in the color-flavor locked (CFL) phase. We find that the kaon condensed phase (CFL-K0) is preferred over the CFL phase at low temperatures. It is found that the CFL-K0 phase contains no gapless modes. The results we have obtained should be of relevance for the modeling of compact stars.

연구 동기 및 목표

• 쿼크 물질의 색-색깔 락킹(CFL) 상에서 편성자 이쿠아크 콘덴세이트를 포함한 NJL 모델을 확장하는 것.
• 고 빈도수 밀도에서 전하 및 색 중성 쿼크 물질의 상도를 약한 평형 조건 하에 결정하는 것.
• 표준 CFL 및 기타 색 초전도 상과 비교하여 CFL-K⁰ 상의 안정성과 열역학적 선호도를 평가하는 것.
• 편성자 콘덴세이트가 중성자 방출 속도와 밀집된 별의 냉각에 미치는 영향을 평가하는 것.
• 이전의 NJL 및 카이랄 효과 이론 연구와 비교하여 중간 밀도에서 모델의 일관성을 검증하는 것.

제안 방법

• 고밀도에서 쿼크 상호작용을 기술하기 위해 4- Fermion 상호작용을 포함한 Nambu–Jona-Lasinio (NJL) 모델을 사용하는 것.
• 스칼라 이쿠아크 상호작용, 쿼크-반쿼크 상호작용 및 't Hooft 상호작용을 포함하여 카이랄 대칭 붕괴와 풍미 혼합을 고려하는 것.
• 평균장 근사를 사용하여 갭 매개변수와 콘덴세이트를 구하고, 스칼라 및 편성자 이쿠아크 채널을 모두 포함하는 것.
• 전기 중성, 색 중성, 약한 평형 조건(화학적 포텐셜 관계를 통한)을 도입하여 밀집된 별 조건을 모델링하는 것.
• 온도와 빈도수 화학적 포텐셜에 따라 상들을 비교하고 상 경계를 결정하기 위해 열역학 자유 에너지를 계산하는 것.
• 모델의 고밀도 행동을 검증하기 위해 결과를 카이랄 효과 이론 예측과 일치시키는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 저온에서 중성 쿼크 물질에서 CFL-K⁰ 상이 표준 CFL 상보다 열역학적으로 유리한가?
• RQ2 편성자 이쿠아크 콘덴세이트는 CFL-K⁰ 상에서 갭 없는 모드를 유도하는가? 그리고 안정성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 편성자 콘덴세이트를 포함함으로써 이전의 NJL 연구에서 이를 배제한 경우와 비교해 상도가 어떻게 변화하는가?
• RQ4 CFL-K⁰ 상은 밀집된 별에서 중성자 방출 속도에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 CFL-K⁰, 2SC, p2SC 상의 상 경계는 이전 모델 및 효과 이론과 어떻게 비교되는가?

주요 결과

• 저온과 고 빈도수 밀도에서 중성 쿼크 물질의 기본 상태는 표준 CFL 상을 대체하여 CFL-K⁰ 상이다.
• CFL-K⁰ 상에는 갭 없는 모드가 없어 색 자기장 불안정성이 없음을 나타낸다.
• CFL-K⁰ 상에서 중성자 방출 속도는 갭 없는 상들에 비해 지수적으로 감소하여 밀집된 별의 냉각 속도가 크게 저하된다.
• μ = 443 MeV 및 T = 0에서 제1종 상전이가 발생하여 중성 쿼크 물질에서 CFL-K⁰ 상으로 전이된다.
• p2SC 상(2SC에 편성자 이쿠아크 콘덴세이트가 포함된 상)은 2SC 상과 자유 에너지가 매우 유사하여 작은 교정에 대해 불안정할 수 있음을 시사한다.
• CFL, 2SC, g2SC, guSC 상의 상 경계는 이전의 NJL 연구와 잘 일치하며, 확장된 모델의 타당성을 검증한다.