[论文解读] Algebraic approach to quarkyoniclike configuration and stable diquarks in dense matter

Aaron Park, Su Houng Lee|arXiv (Cornell University)|Feb 11, 2022

Cold Atom Physics and Bose-Einstein Condensates参考文献 28被引用 3

一句话总结

本文采用具有色-自旋相互作用的代数夸克模型，分析密集物质中夸克、二夸克及重子的稳定性。结果表明，尽管在低密度下重子在能量上占优，但在高重子密度或夸克物质中，由于排斥作用减弱，夸克反而比重子更稳定；当色-自旋相互作用占主导时，二夸克成为能量最低的构型——为中子星中夸克物质相与二夸克物质相提供了理论基础。

ABSTRACT

We study the color-spin interaction energy of a quark, a diquark and a baryon with their surrounding baryons and/or quark matter. This is accomplished by classifying all possible flavor and spin states of the resulting multiquark configuration in both the flavor SU(2) and SU(3) symmetric cases. We find that while the baryon has the lowest interaction energy when there is only a single surrounding baryon, the quark has the lowest interaction energy when the surrounding has more than three baryons or becomes a quark gas. As the short range nucleon-nucleon interactions are dominated by the color-spin interactions, our finding suggests that the baryon modes near other baryons are suppressed due to larger repulsive energy compared to that of a quark and thus provides a quark model basis for the quarkyoniclike phase in dense matter. At the same time, when the internal interactions are taken into account, and the matter density is high so that the color-spin interaction becomes the dominant interaction, the diquark becomes the lowest energy configuration and will thus appear in both the dense baryonic and/or quark matter.

研究动机与目标

• 通过夸克层次的模型研究密集核物质与夸克物质中夸克、二夸克及重子的稳定性。
• 确定色-自旋相互作用如何在不同重子密度下支配多夸克系统中的能量构型。
• 通过分析短程排斥作用，为中子星中的夸尔克子相提供理论基础。
• 探索当色-自旋相互作用占主导时，二夸克如何成为致密强子物质与夸克物质中的基态。

提出的方法

• 对SU(2)与SU(3)味对称极限下多夸克构型的所有可能味态与自旋态进行分类。
• 使用色-自旋相互作用哈密顿量 HCS = −∑i<j λc_i λc_j σi·σj 计算相互作用能量。
• 应用代数公式 HCS = n(n−10) + 4/3 S(S+1) + 4CF + 2CC 评估不同构型的能量层级。
• 考虑重子环境（n = 1,2,3）与自由夸克气体作为介质。
• 引入探测物（夸克、二夸克、重子）的内部色-自旋因子，评估其相对稳定性。
• 在包含内部相互作用后比较能量层级，重点关注高密度区域的主导贡献。

实验结果

研究问题

• RQ1 当一个夸克、二夸克或重子处于n个重子或夸克气体介质中时，其色-自旋相互作用能量如何变化？
• RQ2 当短程排斥作用主要由色-自旋力主导时，什么因素决定了致密物质中夸克与重子的相对稳定性？
• RQ3 在何种条件下，二夸克会成为致密物质中的最低能量构型？
• RQ4 探测物内部的色-自旋因子如何影响其在高密度环境中的稳定性？
• RQ5 味对称性（SU(2)与SU(3)）在决定最稳定多夸克构型中起什么作用？

主要发现

• 在SU(2)味对称情况下，夸克在自由夸克气体中的色-自旋能量最低（4.364），低于重子（5.333），表明在高密度下夸克更稳定。
• 在SU(3)情况下，三个关联的二夸克在夸克气体中达到最低能量（2.0），表明高密度下可能存在稳定的色单态二夸克簇。
• 对于n=1重子，重子在SU(2)中能量最低（4.444），在SU(3)中为3.048，确认了低密度下重子的主导地位。
• 在包含内部相互作用后，二夸克（SU(2)）与三个关联的二夸克（SU(3)）在强子物质与夸克物质中均成为最稳定的构型。
• 结果支持夸尔克子样相的出现：由于色-自旋排斥减弱，夸克在致密物质中比重子更稳定。
• 研究结果表明，当色-自旋相互作用占主导时，二夸克物质可能在致密强子物质中形成，或在禁闭解除后出现。