[论文解读] Spin-one Color Superconductivity in Cold and Dense Quark Matter

Andreas Schmitt|ArXiv.org|May 27, 2004

Physics of Superconductivity and Magnetism参考文献 9被引用 5

一句话总结

本论文研究了冷稠密夸克物质中的自旋-1色超导性，提出相同味的夸克库珀对可形成总自旋为1的配对，从而导致新颖的色超导相。在弱耦合极限下，利用一个普适的能隙方程，识别出具有各向异性能隙和线节点/点节点的相，表明在双能隙相中BCS关系被破坏，并通过对称性分析和胶子/光子Meissner质量的显式计算，展示了电磁Meissner效应——从而将自旋-1色超导体与自旋-0色超导体区分开来。

ABSTRACT

In this thesis, several color-superconducting phases where quarks of the same flavor form Cooper pairs are investigated. In these phases, a Cooper pair carries total spin one. A systematic classification of theoretically possible phases, discriminated by the color-spin structure of the order parameter and the respective symmetry breaking pattern, is presented. In the weak-coupling limit, i.e., for asymptotically high densities, a universal form of the QCD gap equation is derived, applicable to arbitrary color-superconducting phases. It is applied to several spin-one and spin-zero phases in order to determine their energy gaps and critical temperatures. In some of the spin-one phases the resulting gap function is anisotropic and has point or line nodes. It is shown that the phases with two different gaps violate the well-known BCS relation between the critical temperature and the zero-temperature gap. Moreover, the screening properties of color superconductors regarding gluons and photons are discussed. In particular, it turns out that, contrary to spin-zero color superconductors, spin-one color superconductors exhibit an electromagnetic Meissner effect. This property is proven by symmetry arguments as well as by an explicit calculation of the gluon and photon Meissner masses.

研究动机与目标

• 基于序参量的色-自旋结构和对称性自发破缺模式，系统分类冷稠密夸克物质中的色超导相。
• 在弱耦合极限下，推导适用于任意色超导相的普适QCD能隙方程。
• 确定自旋-1和自旋-0相的能隙和临界温度，特别分析各向异性和节点型能隙结构。
• 研究胶子和光子的屏蔽性质，特别是自旋-1相中的电磁Meissner效应。
• 研究双能隙相中对BCS关系的偏离，并阐明对称性破缺在决定低能物理中的作用。

提出的方法

• 基于有效场论和Nambu-Gorkov形式，推导适用于所有色超导相的弱耦合极限下普适能隙方程。
• 通过自洽迭代求解能隙方程，引入夸克自能修正和动量依赖的配对相互作用。
• 利用Matsubara频率求和与解析延拓技术，计算激发谱和临界温度。
• 通过群论分析自发对称性破缺的模式及其对能隙结构和屏蔽性质的影响。
• 利用对称性论证和有限温度场论，显式计算胶子和光子极化张量，以确定Meissner质量。
• 根据其色-自旋序参量结构对相进行分类，包括2SC、CFL、极化相、平面相、A相和CSL相。

实验结果

研究问题

• RQ1 理论上可能存在的自旋-1库珀对的色超导相有哪些？它们在色-自旋序参量结构上如何不同？
• RQ2 在弱耦合区域，自旋-1相的能隙和临界温度与自旋-0相相比如何？
• RQ3 自旋-1相在多大程度上违背标准BCS关系中零温能隙与临界温度之间的比例关系？
• RQ4 自旋-1色超导体是否表现出电磁Meissner效应？如果是，其通过Higgs机制如何实现？
• RQ5 在不同的自旋-1色超导相中，胶子和光子如何混合并屏蔽？其Meissner质量由什么决定？

主要发现

• 在弱耦合极限下推导出的普适能隙方程成功描述了所有色超导相，包括具有各向异性和节点型能隙函数的相。
• 多个自旋-1相表现出具有线节点或点节点的各向异性能隙函数，导致非平凡的费米面拓扑结构，可能引发非传统超导行为。
• 具有两个不同能隙的相违背标准BCS关系，表明临界温度与零温能隙之间的传统BCS标度关系被破坏。
• 自旋-1色超导体表现出稳健的电磁Meissner效应，该结果通过对称性分析和对有限光子与胶子Meissner质量的显式计算均得到证实。
• 自旋-1相中的Meissner效应源于色规范对称性和电磁U(1)对称性自发破缺所关联的Higgs机制，使其与自旋-0色超导体相区别。
• 在2SC、CFL、极化相和CSL相中计算了胶子和光子的极化张量，结果表明混合角和屏蔽性质取决于序参量的特定色-自旋结构。