[论文解读] Liquid Phases in SU(3) Chiral Perturbation Theory: Drops of Strange Chiral Nucleon Liquid & Ordinary Chiral Heavy Nuclear Liquid

Bryan W. Lynn|arXiv (Cornell University)|May 12, 2010

Pulsars and Gravitational Waves Research参考文献 7被引用 8

一句话总结

本文提出，SU(3) 色对称性有效场论（χPT）在零外压下允许存在两种不同的手征核液相：普通手征重核液相（χNL）和一种新的电中性奇异手征核子液相（χS NL）。通过球面对称表示并识别满足 ∂μπ̂a = 0 的解，本研究表明，在标准手征系数下，两种相可在同一 χPT 框架中共存，其中 χS NL 表现出守恒的轴矢量流并具有潜在的宏观稳定性，暗示其可能为核子的基态，从而改变中子星的方程状态。

ABSTRACT

Chiral SU(3) Perturbation Theory (SU3XPT) identifies hadrons as the building blocks of strongly interacting matter at low densities and temperatures. We show that it admits two co-existing chiral nucleon liquid phases at zero external pressure with well-defined surfaces: 1) ordinary microscopic chiral heavy nuclear liquid drops (XNL) and 2) a new Strange Chiral Nucleon Liquid (SXNL) phase with both microscopic and macroscopic drop sizes. Liquid drops of both XNL and SXNL are simultaneously solutions to the SU3XPT semi-classical equations of motion and obey all relevant CVC and PCAC equations. Axial-vector currents are conserved inside macroscopic drops of SXNL, a new form of baryonic matter with zero electric charge density, which is by nature "dark". The numerical values of all SU3XPT coefficients are used to fit current scattering experiments and ordinary XNL drops (identified with the ground state of ordinary even-even spin-zero spherical closed-shell nuclei). SXNL then also emerges (i.e. without new adjustable parameters). For certain SU3XPT coefficients, finite microscopic and macroscopic drops of SXNL may be the ground state of a collection of nucleons: ordinary heavy nuclei may be meta-stable, while oceans of SXNL may force qualitative and experimentally observable changes to the neutron star equation of state.

研究动机与目标

• 确定 SU(3) 手征微扰理论（χPT）是否能同时描述普通手征重核液相（χNL）和一种新的奇异手征核子液相（χS NL）
• 通过证明 χS NL 与 χNL 可在不引入新可调参数的前提下，使用相同的手征系数共存，弥合先前研究中的可信度缺口
• 探究 χS NL 是否可作为核子的真实基态，而普通重核仅为亚稳态
• 评估 χS NL 对中子星方程状态及表面结构的影响

提出的方法

• 采用 SU(3) χPT 的球面对称表示，以简化对手征核子液相的分析
• 识别一类新的解，满足 ∂μπ̂a = 0，该条件简化了动力学并确保与当前代数的一致性
• 引入核子点耦合交换项以恢复分析性量子圈幂次计数，从而实现 χNL 与 χS NL 的共存
• 应用来自散射实验和核滴的已知手征系数（至奇异夸克质量 ms 的线性阶），拟合两种相
• 分析高阶显式对称性破缺项（1/ΛSBχ）在降低 χS NL 中重子密度和化学势方面的作用
• 验证在宏观尺度的 χS NL 液滴内部，轴矢量流是守恒的，从而确认其稳定性和与 PCAC 及 CVC 的一致性

实验结果

研究问题

• RQ1 在使用标准手征系数的同一 SU(3) 手征微扰理论框架下，普通手征重核液相（χNL）与新的奇异手征核子液相（χS NL）能否共存？
• RQ2 χS NL 是否是核子真实基态的可行候选者，而普通重核仅为亚稳态？
• RQ3 高阶显式对称性破缺项在稳定 χS NL 于实验可及的重子密度和化学势下所起的作用是什么？
• RQ4 χS NL 的性质（如守恒的轴矢量流和零电荷密度）如何影响中子星的方程状态和表面结构？
• RQ5 χS NL 的存在是否可解释中子星现象学中的定性变化，包括可观测的质量-半径关系偏移？

主要发现

• SU(3) 手征微扰理论在零外压下允许存在两种手征核子液相：普通手征重核液相（χNL）和一种新的电中性奇异手征核子液相（χS NL）
• χS NL 相在宏观液滴内部表现出守恒的轴矢量流，表明其具有内在稳定性，并构成一种零电荷密度的新形式强子物质
• 使用来自散射实验和普通核滴的相同手征系数，χS NL 可与 χNL 共存，且无需引入新的可调参数
• 手征系数的数值（至奇异夸克质量 ms 的线性阶）允许 χS NL 在高重子数密度和化学势下形成，尽管这些值会被高阶 1/ΛSBχ 项显著降低
• 对于某些参数集，χS NL 的有限微观与宏观液滴可能为核子系统的基态，暗示普通重核为亚稳态
• χS NL 的海洋可能对中子星的方程状态和表面结构产生定性且可实验观测的变化