[论文解读] Cooling-heating phase transition for 4D AdS Bardeen Gauss-Bonnet Black Hole

Mohammad Farsam, Emad Yaraie+2 more|arXiv (Cornell University)|Oct 8, 2020

Black Holes and Theoretical Physics参考文献 44被引用 4

一句话总结

本文研究了4D渐近反 de Sitter Bardeen Gauss-Bonnet 黑洞中的焦耳-汤姆孙膨胀及冷却-加热相变。通过分析焦耳-汤姆孙系数及其零交叉点，研究发现质量、磁荷和 Gauss-Bonnet 耦合常数的变化会引发反转温度，表明冷却与加热区域之间发生相变，类似于传统热力学系统中的行为。

ABSTRACT

In this letter we study thermodynamics of 4D AdS Bardeen Gauss-Bonnet (BGB) black hole. We show it can be involved in the process of the Joule-Thomson expansion. This is done by studying its inversion temperatures. Same as ordinary thermodynamics systems this black hole predicts cooling/heating phase transition if Joule-Thomson coefficient vanishes. Here we investigate effects of the black hole characteristics such as the magnetic charge, the mass and the GB coupling constant variations on the inversion temperature and the phase transition.

研究动机与目标

• 探究4D AdS Bardeen Gauss-Bonnet 黑洞在焦耳-汤姆孙膨胀下的热力学行为。
• 确定膨胀过程中发生冷却或加热的条件。
• 分析黑洞参数——质量、磁荷和 Gauss-Bonnet 耦合常数——对反转温度和相变的影响。
• 建立黑洞系统与传统物质在焦耳-汤姆孙过程中的热力学类比。

提出的方法

• 分析焦耳-汤姆孙系数，以识别膨胀过程中的冷却与加热区域。
• 推导并计算反转温度，即焦耳-汤姆孙系数为零的点。
• 研究反转温度对质量、磁荷和 Gauss-Bonnet 耦合常数的依赖关系。
• 应用反 de Sitter 时空中 Gauss-Bonnet 引力特有的热力学关系。
• 在参数空间中对相变边界进行数值与解析研究。

实验结果

研究问题

• RQ1 4D AdS Bardeen Gauss-Bonnet 黑洞的焦耳-汤姆孙系数在何种条件下为零，表明发生相变？
• RQ2 黑洞质量的变化如何影响反转温度及冷却-加热相变？
• RQ3 磁荷对反转温度及相行为有何影响？
• RQ4 Gauss-Bonnet 耦合常数如何调节热力学相变特征？
• RQ5 黑洞是否能表现出类似于普通热力学系统中的相变？

主要发现

• 当焦耳-汤姆孙系数穿过零点时，4D AdS Bardeen Gauss-Bonnet 黑洞表现出冷却-加热相变，表明存在热力学相边界。
• 反转温度随质量和磁荷的增加而升高，表明在较高值下具有增强的冷却潜力。
• Gauss-Bonnet 耦合常数调节反转温度，对相变区域产生非平凡影响。
• 该系统表现出与传统热力学系统类似的特性，包括明确区分的冷却与加热阶段。
• 相变对所有三个关键参数——质量、磁荷和 Gauss-Bonnet 耦合常数——均敏感，表明其热力学响应具有可调性。