[論文レビュー] The phase diagram of neutral quark matter with pseudoscalar condensates in the color-flavor locked phase

Harmen J. Warringa|ArXiv.org|Jun 6, 2006

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 8

ひとこと要約

本稿は、高核子密度における電気的および色中性のクォーク物質の弱い平衡状態において、色・フレーバー固定（CFL）相における仮想スカラーダイクォーク凝集を組み込んだNJLモデルを拡張し、相図を研究する。低温においては、カリウム凝縮を示すCFL-K⁰相が標準的なCFL相よりもエネルギー的に有利であり、ギャップなしモードを含まない。これはニュートリノの放射率が強く抑制されることを意味し、コンパクト星の冷却に影響を与える。

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.

研究の動機と目的

• クォーク物質の色・フレーバー固定（CFL）相における仮想スカラー・ダイクォーク凝集を含むようにNJLモデルを拡張すること。
• 高核子密度における電気的および色中性のクォーク物質の相図を、弱い平衡状態の下で特定すること。
• 標準的なCFL相や他の色超伝導相と比較して、CFL-K⁰相の安定性および熱力学的優位性を評価すること。
• 仮想スカラー凝集がニュートリノ放射率およびコンパクト星の冷却に与える影響を評価すること。
• 以前のNJLモデルおよび有効理論的研究と比較し、中間的密度領域におけるモデルの一貫性を検証すること。

提案手法

• 高密度におけるクォーク相互作用を記述するため、四フェルミオン相互作用を用いたNambu–Jona-Lasinio（NJL）モデルを用いる。
• スカラー・ダイクォーク相互作用、クォーク-反クォーク相互作用、および't Hooft相互作用を含め、チャイral対称性の破れとフレーバー混合を記述する。
• 平均場近似を用いてギャップパラメータおよび凝集を解き、スカラーおよび仮想スカラー・ダイクォークチャネルを含む。
• 電気中性、色中性、弱い平衡（化学ポテンシャルの関係式による）を制約条件として課し、コンパクト星の状態をモデル化する。
• 熱力学的自由エネルギーを計算し、温度および核子化学ポテンシャルの範囲で相を比較し、相転移境界を特定する。
• 結果を有効理論の予測と一致させ、高密度領域におけるモデルの振る舞いを検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 低温における中性クォーク物質において、CFL-K⁰相は標準的なCFL相よりも熱力学的に優位であるか？
• RQ2 仮想スカラー・ダイクォーク凝集はCFL-K⁰相にギャップなしモードを生じさせるか？ その安定性にどのような意味を持つのか？
• RQ3 仮想スカラー凝集を含めることで、それまで無視されていた以前のNJL研究と比較して、相図はどのように変化するか？
• RQ4 CFL-K⁰相はコンパクト星におけるニュートリノ放射率にどのような影響を与えるか？
• RQ5 CFL-K⁰相、2SC相、p2SC相の相転移境界は、以前のモデルや有効理論の結果とどのように一致するか？

主な発見

• CFL-K⁰相は、低温および高核子密度における中性クォーク物質の基底状態であり、標準的なCFL相に取って代わる。
• CFL-K⁰相にはギャップなしモードが存在せず、これは色磁気不安定性の欠如を示している。
• CFL-K⁰相におけるニュートリノ放射率はギャップなし相と比較して指数関数的に抑制されており、コンパクト星の冷却が著しく遅延する。
• μ = 443 MeVおよびT = 0のとき、第一級相転移が発生し、中性クォーク物質からCFL-K⁰相へ移行する。
• p2SC相（仮想スカラー・ダイクォーク凝集を有する2SC相）の自由エネルギーは、2SC相と非常に近く、微小な補正に対して不安定である可能性がある。
• CFL、2SC、g2SC、guSC相の相転移境界は、仮想スカラー凝集を含まない以前のNJL研究とよく一致しており、拡張モデルの妥当性が裏付けられた。