[論文レビュー] Liquid Phases in SU(3) Chiral Perturbation Theory: Drops of Strange Chiral Nucleon Liquid & Ordinary Chiral Heavy Nuclear Liquid

Bryan W. Lynn|arXiv (Cornell University)|May 12, 2010

Pulsars and Gravitational Waves Research参考文献 7被引用数 8

ひとこと要約

本論文は、外部圧力がゼロの状態において、SU(3) チラル摂動理論 (χPT) が2つの異なるチラル核液体相を許容することを提案している：通常のチラル重核液体 (χNL) と、新たに特定された電気的に中性な奇妙チラル核液体 (χS NL)。球対称表現を用い、∂μπ̂a = 0 である解を特定することで、本研究は、標準的なチラル係数を用いて、両相が同一の χPT フレームワーク内で共存することを示した。χS NL は保存される軸ベクトルカレントを示し、巨視的安定性を示唆しており、これが核の基底状態である可能性があり、中性子星の状態方程式に影響を与える可能性がある。

ABSTRACT

Chiral SU(3) Perturbation Theory (SU3XPT) identifies hadrons as the building blocks of strongly interacting matter at low densities and temperatures. We show that it admits two co-existing chiral nucleon liquid phases at zero external pressure with well-defined surfaces: 1) ordinary microscopic chiral heavy nuclear liquid drops (XNL) and 2) a new Strange Chiral Nucleon Liquid (SXNL) phase with both microscopic and macroscopic drop sizes. Liquid drops of both XNL and SXNL are simultaneously solutions to the SU3XPT semi-classical equations of motion and obey all relevant CVC and PCAC equations. Axial-vector currents are conserved inside macroscopic drops of SXNL, a new form of baryonic matter with zero electric charge density, which is by nature "dark". The numerical values of all SU3XPT coefficients are used to fit current scattering experiments and ordinary XNL drops (identified with the ground state of ordinary even-even spin-zero spherical closed-shell nuclei). SXNL then also emerges (i.e. without new adjustable parameters). For certain SU3XPT coefficients, finite microscopic and macroscopic drops of SXNL may be the ground state of a collection of nucleons: ordinary heavy nuclei may be meta-stable, while oceans of SXNL may force qualitative and experimentally observable changes to the neutron star equation of state.

研究の動機と目的

• SU(3) チラル摂動理論 (χPT) が、通常のチラル重核液体 (χNL) と、新たに提案された奇妙チラル核液体 (χS NL) 相を同時に記述できるかどうかを特定すること。
• 従来の研究における信頼性のギャップを解消し、χS NL と χNL が同一のチラル係数セットを用いて共存できることを示し、新たな調整可能なパラメータを導入しないこと。
• χS NL が核の真の基底状態である可能性を調査し、通常の重核が僅かに不安定な状態である可能性を検討すること。
• χS NL が中性子星の状態方程式および表面構造に与える影響を評価すること。

提案手法

• チラル核液体の解析を簡略化するため、SU(3) χPT の球対称表現を採用する。
• ∂μπ̂a = 0 を満たす新たな解のクラスを特定し、これにより力学的簡略化が達成され、現在代数との整合性が保証される。
• 核の点的カップリング交換項を用いて、量子ループのパワーカウンティングを解析的に回復させ、χNL と χS NL の共存を可能にする。
• 散乱実験および核の滴からの既知のチラル係数（奇妙クォーク質量 ms の一次までの項）を用い、両相に適合させる。
• 高次の明示的対称性破れ項（1/ΛSBχ）が、χS NL におけるバリオン密度および化学ポテンシャルの低下に果たす役割を分析する。
• 巨視的 χS NL ドロップ内での軸ベクトルカレントが保存されることを検証し、安定性および PCAC および CVC との整合性を確認する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 同一の SU(3) チラル摂動理論フレームワーク内で、通常のチラル重核液体 (χNL) と、新たに提案された奇妙チラル核液体 (χS NL) 相が、標準的なチラル係数を用いて共存可能か？
• RQ2 χS NL は核の真の基底状態の有力候補である可能性があり、通常の重核が僅かに不安定な状態であるか？
• RQ3 高次の明示的対称性破れ項が、実験的に測定可能なバリオン密度および化学ポテンシャルにおいて χS NL の安定化に果たす役割は何か？
• RQ4 χS NL の性質、たとえば保存される軸ベクトルカレントおよびゼロの電気的電荷密度が、中性子星の状態方程式および表面構造に与える影響は何か？
• RQ5 χS NL の存在が、質量-半径関係の観測的シフトを含む、中性子星の物性的挙動の定性的な変化を説明できるか？

主な発見

• SU(3) チラル摂動理論は、外部圧力がゼロの状態で2つのチラル核液体相を許容する：通常のチラル重核液体 (χNL) と、新たに特定された電気的に中性な奇妙チラル核液体 (χS NL)。
• 巨視的ドロップ内での χS NL 相は、保存される軸ベクトルカレントを示しており、内部的安定性を示し、ゼロの電気的電荷密度を持つ新たなバリオン物質の形態を示唆している。
• 散乱実験および通常の核の滴から得られた同じチラル係数を用いて、χS NL と χNL が新たな調整可能なパラメータを必要とせずに共存することが確認された。
• チラル係数の数値（奇妙クォーク質量 ms の一次までの項）は、χS NL が高密度および高化学ポテンシャルで形成可能であることを示唆しているが、これらは高次の 1/ΛSBχ 項によって顕著に低下する。
• 特定のパrameterセットでは、有限な微小および巨視的 χS NL ドロップが核系の基底状態である可能性があり、これは通常の重核が僅かに不安定である可能性を示唆している。
• χS NL の海洋が、中性子星の状態方程式および表面構造に定性的で実験的に観測可能な変化を引き起こす可能性がある。