[論文レビュー] The fate of pion condensation in quark matter: from the chiral to the real world

Hiroaki Abuki, R. Anglani+3 more|arXiv (Cornell University)|Sep 16, 2008

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 8

ひとこと要約

本研究は、有限密度における二フレーバー中性クォーク物質におけるパイオン凝縮を、Nambu–Jona-Lasinio モデルを用いて調査し、電気的電荷中性とクォーク質量による明示的カイラル対称性の破れの間の相互作用に注目する。pion condensation は現在のクォーク質量に極めて敏感であり、m > ~10 keV では除外されることが判明した。第二順位の転移においては、μₑ = Mπ⁻ の閾値が依然として有効である。

ABSTRACT

We study aspects of the pion condensation in two-flavor neutral quark matter using the Nambu--Jona-Lasinio model of QCD at finite density. We investigate the role of electric charge neutrality, and explicit symmetry breaking via quark mass, both of which control the onset of the charged pion $(\pi^c)$ condensation. We show that the equality between the electric chemical potential and the in-medium pion mass, $\mu_{e}=M_{\pi^-}$, as a threshold, persists even for a composite pion system in the medium, provided the transition to the pion condensed phase is of the second order. Moreover, we find that the pion condensate in neutral quark matter is extremely fragile to the symmetry breaking effect via a current quark mass $m$, and is ruled out for $m$ larger than the order of 10 keV.

研究の動機と目的

• 二フレーバー中性クォーク物質における荷電パイオン凝縮の安定性および発生条件を理解すること。
• 電気的電荷中性および現在のクォーク質量による明示的カイラル対称性の破れがパイオン凝縮に与える影響を検討すること。
• 第二順位の相転移において、パイオン凝縮のための μₑ = Mπ⁻ 閾値が媒体中でも有効であるかどうかを特定すること。
• 物理的現実に即したクォーク質量値のもとでパイオン凝縮が現実的かどうかを評価すること。

提案手法

• 有限のバリオン密度および温度におけるクォーク物質を記述するために、Nambu–Jona-Lasinio (NJL) モデルを用いる。
• 電子化学ポテンシャル μₑ が μₚ に等しいという条件を用いて、電気的電荷中性制約を組み込む。
• ラグランジアンに現在のクォーク質量 m を含めることで、明示的カイラル対称性の破れを導入する。
• 平均場近似を用いて相の構造を解析し、パイオン凝縮の発生を特定する。
• 密度およびクォーク質量の関数として媒体中パイオン質量 Mπ⁻ を評価し、μₑ = Mπ⁻ 閾値の位置を特定する。
• 相転移の第二順位性を評価することで、μₑ = Mπ⁻ 基準の有効性を確認する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 中性クォーク物質におけるパイオン凝縮のための条件 μₑ = Mπ⁻ は、媒体効果を考慮しても有効な閾値のままであるか？
• RQ2 有限の現在のクォーク質量 m による明示的カイラル対称性の破れは、パイオン凝縮体の安定性にどのように影響するか？
• RQ3 中性クォーク物質におけるパイオン凝縮がまだ可能となる現在のクォーク質量 m の最大値は何か？
• RQ4 物理的現実に即したクォーク質量値のもとでパイオン凝縮は現実的か？
• RQ5 電荷中性はパイオン凝縮への相転移ダイナミクスにどのように影響するか？

主な発見

• 第二順位の相転移が成立する限り、媒体中におけるパイオン凝縮のための条件 μₑ = Mπ⁻ は有効な閾値のままである。
• 中性クォーク物質におけるパイオン凝縮体は、現在のクォーク質量 m による明示的カイラル対称性の破れに対して極めて感受的である。
• 現在のクォーク質量が約 10 keV を超えると、パイオン凝縮は除外される。
• わずかな明示的対称性破れ効果ですら、パイオン凝縮体の安定性を著しく抑制する。
• 相転移の第二順位性が、媒体中における μₑ = Mπ⁻ 基準の堅牢性を保証する。
• 結果から、物理的クォーク質量を有する現実的なクォーク物質ではパイオン凝縮が生じる可能性は低いと示唆される。