[论文解读] Chiral imbalance evolution in dense matter and the generation of magnetic fields in magnetars

Maxim Dvornikov|arXiv (Cornell University)|Oct 21, 2015

Pulsars and Gravitational Waves Research参考文献 34被引用 5

一句话总结

本文通过密集中子星物质中宇称破坏的电弱相互作用，提出了一种磁星磁场生成机制，利用量子场论建模手征不对称性的演化。推导了电子在质子上发生螺旋度翻转的速率，并表明能量平衡与正确的翻转速率可导致持续的磁场增强，为磁星量级磁场提供了热力学一致的解释。

ABSTRACT

We study the model for the magnetic field generation in a magnetar based on the magnetic field instability driven by the parity violating electroweak interaction between electrons and nucleons in the neutron star matter. Using the quantum field theory methods, we calculate the helicity flip of an electron scattering off protons in dense matter of a neutron star. The influence of the electroweak interaction between electrons and background nucleons on the helicity flip is examined. We also derive the kinetic equation for the chiral imbalance. The kinetics of the chiral imbalance is analyzed from the point of view of thermodynamics. The evolution of the magnetic field in a magnetar accounting for the correct value of the helicity flip rate and the energy balance between the field and background fermions is studied.

研究动机与目标

• 研究宇称破坏的电弱相互作用在致密中子星物质中驱动磁场不稳定性的作用。
• 利用量子场论方法模拟致密物质中手征不对称性的演化。
• 推导并分析在热力学背景下描述手征不对称性动力学的输运方程。
• 评估磁星条件下磁场与背景费米子之间的能量平衡对磁场增强的约束。

提出的方法

• 利用量子场论计算电子在致密中子星物质中散射质子时的螺旋度翻转振幅。
• 将背景核子通过电弱相互作用顶点对电子螺旋度翻转的影响纳入考虑。
• 基于计算出的螺旋度翻转速率，推导出手征不对称性演化的输运方程。
• 分析手征不对称性演化与热力学一致性的关系，及其对磁场增长的影响。
• 通过将手征不对称性动力学与磁场和费米子背景之间的能量守恒耦合，模拟磁场的演化。

实验结果

研究问题

• RQ1 致密物质中电子与核子之间的电弱相互作用如何影响电子螺旋度翻转速率？
• RQ2 在宇称破坏相互作用影响下，中子星物质中手征不对称性的动力学演化如何？
• RQ3 磁场与背景费米子之间的能量平衡如何约束磁星中磁场的增强？
• RQ4 磁星中观测到的磁场能否通过电弱相互作用驱动的手征不对称性得到一致解释？

主要发现

• 电子在致密物质中散射质子时的螺旋度翻转速率显著受背景核子与电弱相互作用的宇称破坏影响。
• 推导出的手征不对称性输运方程能准确描述致密中子星物质中手征不对称性的随时间演化。
• 在磁场增强过程中考虑磁场与背景费米子之间的能量交换时，热力学一致性得以保持。
• 当使用正确的螺旋度翻转速率时，磁场增长可被持续维持，表明这是一种生成磁星级磁场的可行机制。
• 该模型表明，由电弱相互作用驱动的手征不对称性演化可解释磁星中观测到的极端磁场。