[论文解读] The Phase Diagram of Neutral Quark Matter

Stefan B. Ruester|ArXiv.org|Dec 20, 2006

Pulsars and Gravitational Waves Research被引用 3

一句话总结

本论文通过九参数配对矩阵近似与自洽生成夸克质量的Nambu–Jona-Lasinio（NJL）模型，研究了致密且局部电中性三味夸克物质的相图。研究识别出从颜色-味锁相（CFL）相到无能隙CFL（gCFL）相及其他相（如金属CFL（mCFL）、uSC、2SC、g2SC）的临界相变。结果表明，中微子捕获有利于在中子星原星中形成2SC相而非CFL相，对夸克核心稳定性和去轻子化后的奇异夸克产生具有重要意义。

ABSTRACT

In this thesis, I study the phase diagram of dense, locally neutral three-flavor quark matter as a function of the strange quark mass, the quark chemical potential, and the temperature, employing a general nine-parameter ansatz for the gap matrix. I also study the phase diagram of dense, locally neutral three-flavor quark matter within the framework of a Nambu-Jona-Lasinio (NJL) model. In the analysis, dynamically generated quark masses are taken into account self-consistently. The phase diagram in the plane of temperature and quark chemical potential is presented. In addition, I study the effect of neutrino trapping on the phase diagram of dense, locally neutral three-flavor quark matter within the same NJL model. The phase diagrams in the plane of temperature and quark chemical potential, as well as in the plane of temperature and lepton-number chemical potential are presented. The implications of these results for the evolution of protoneutron stars are briefly discussed.

研究动机与目标

• 绘制作为奇异夸克质量、夸克化学势和温度函数的致密、局部电中性三味夸克物质相图。
• 研究动态生成的夸克质量与二夸克耦合强度在决定基态相中的作用。
• 分析中微子捕获对原中子星中颜色超导相稳定性的影响。
• 评估其对致密星结构与演化的影响，特别是关于夸克核心形成与奇异夸克产生。

提出的方法

• 采用一般性的九参数配对矩阵近似来描述三味夸克物质中的配对行为。
• 使用包含自洽处理动态生成夸克质量的Nambu–Jona-Lasinio（NJL）模型。
• 通过平均场近似求解配对参数、化学势与热力学量。
• 通过在NJL模型中引入轻子数化学势来模拟原中子星中的中微子捕获条件。
• 构建三维(T, μ, μ_L)相图并分析二维截面。
• 使用Matsubara频率求和与狄拉克迹技术计算有效作用量与压强。

实验结果

研究问题

• RQ1 在零温与有限温度下，中性三味夸克物质的相图结构如何随奇异夸克质量与化学势变化？
• RQ2 包含动态生成的夸克质量后，CFL与gCFL相的稳定性如何变化？
• RQ3 中微子捕获对原中子星中CFL与2SC相竞争的影响是什么？
• RQ4 二夸克耦合强度如何影响无能隙与金属颜色超导相的出现与稳定性？
• RQ5 2SC相是否可能成为原中子星中的基态？其对奇异夸克产生的影响是什么？

主要发现

• 在零温与小奇异夸克质量下，基态为颜色-味锁相（CFL）相，当奇异夸克质量达到临界值时，相变为无能隙CFL（gCFL）相。
• 金属CFL（mCFL）与uSC相在相图中表现为独立相，其中uSC相的特点是仅在上夸克色道发生配对。
• 中微子捕获通过减小夸克间费米动量失配，强烈倾向于形成2SC相，同时因电子化学势较高而抑制CFL相。
• 区分2SC相与正常夸克物质相的临界线受中微子捕获影响极小。
• 在原中子星中，CFL相在去轻子化完成前极不可能形成，因此2SC最可能是夸克核心中的基态。
• 去轻子化后，奇异夸克将迅速产生，可能在致密星演化中产生可观测信号。