[论文解读] Phase transitions of hadronic to quark matter at finite T and \mu_B

Benye Liu, M. Di Toro+4 more|arXiv (Cornell University)|May 3, 2011

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 1被引用 5

一句话总结

本研究使用结合了强子物质的相对论平均场方法与夸克物质的MIT袋模型的两方程状态模型，研究了有限温度和重子化学势下的强子-夸克物质相变。结果表明，临界温度主要取决于袋常数，而零温时的临界化学势则对强子方程状态极为敏感，凸显了在中子星和重离子碰撞中准确建模强子物质对夸克物质相变的重要性。

ABSTRACT

The phase transition of hadronic to quark matter and the boundaries of the mixed hadron-quark coexistence phase are studied within the two Equation of State (EoS) model. The relativistic effective mean field approach with constant and density dependent meson-nucleon couplings is used to describe hadronic matter, and the MIT Bag model is adopted to describe quark matter. The boundaries of the mixed phase for different Bag constants are obtained solving the Gibbs equations. We notice that the dependence on the Bag parameter of the critical temperatures (at zero chemical potential) can be well reproduced by a fermion ultrarelativistic quark gas model, without contribution from the hadron part. At variance the critical chemical potentials (at zero temperature) are very sensitive to the EoS of the hadron sector. Hence the study of the hadronic EoS is much more relevant for the determination of the transition to the quark-gluon-plasma at finite baryon density and low-T. Moreover in the low temperature and finite chemical potential region no solutions of the Gibbs conditions are existing for small Bag constant values, B < (135 MeV)^4. Isospin effects in asymmetric matter appear relevant in the high chemical potential regions at lower temperatures, of interest for the inner core properties of neutron stars and for heavy ion collisions at intermediate energies.

研究动机与目标

• 确定有限温度和重子化学势下混合强子-夸克共存相边界的范围。
• 评估袋常数对相变临界温度和化学势的影响。
• 评估强子方程状态在低温度和有限重子密度下决定向夸克物质转变中的作用。
• 研究在中子星核心和中等能量重离子碰撞相关条件下，非对称物质中同位旋效应的影响。

提出的方法

• 采用具有恒定和密度依赖性介子-核子耦合的相对论有效平均场（REMF）模型来描述强子物质。
• 使用MIT袋模型来描述夸克物质，其中袋常数B是关键参数。
• 通过数值求解相平衡的Gibbs条件，确定不同袋常数下混合相的边界。
• 将零化学势下的临界温度与费米子极端相对论夸克气体模型的预测进行比较，以评估强子部分的作用。
• 分析在一系列袋常数下Gibbs条件的解，识别出小B值时无物理解的区域。
• 在非对称物质中引入同位旋效应，以研究其在高化学势和低温下的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 袋常数如何影响零化学势下强子-夸克物质相变的临界温度？
• RQ2 零温时的临界化学势在多大程度上依赖于强子方程状态而非袋常数？
• RQ3 在T–μ_B平面中是否存在Gibbs条件无解的区域？这些区域由什么决定？
• RQ4 同位旋效应如何影响高重子化学势和低温下非对称物质中的相变？
• RQ5 仅靠夸克气体模型能否再现临界温度的行为，而无需强子部分的贡献？

主要发现

• 零化学势下的临界温度主要取决于袋常数，且可被不含强子贡献的费米子极端相对论夸克气体模型良好再现。
• 零温时的临界化学势对强子物质的方程状态极为敏感，表明准确建模强子部分对于预测有限重子密度下的相变至关重要。
• 在低温和有限化学势区域，袋常数低于(135 MeV)^4时，Gibbs条件不存在物理解，表明此类相变存在物理截断。
• 在高化学势和低温下，同位旋效应在非对称物质中变得显著，尤其与中子星内核及中等能量重离子碰撞密切相关。
• 本研究证实，尽管袋常数决定了零密度下的临界温度，但强子方程状态在低温度下主导了相变边界的确定。
• 小袋常数下Gibbs条件的解不存在，表明在这些条件下，稳定夸克物质形成存在袋参数的下限。