中性子星の内部の物質は、核子密度の高い液体やクォーク密度の高い液体など、さまざまな形態を取ることができます。最新の研究では、渦中の独特の色磁場が示すように、中性子星ではクォーク液体が核子液体とは本質的に異なることが判明した。この発見は、量子色力学のこれまでの見解に疑問を投げかけ、結合の性質についての新たな洞察を提供します。
中性子星物質科学
原子核は核子（陽子や中性子など）で構成されており、核子自体はクォークで構成されています。原子核が高密度で粉砕されると核子液体に溶解し、より高い密度では核子自体がクォーク液体に溶解します。この研究では、研究者らは核液体とクォーク液体が根本的に異なるかどうかという問題を調査しました。彼らの理論計算により、これらの液体は異なることが示されました。どちらの液体も回転するときに渦を生成しますが、クォーク液体では、渦が通常の磁場に似た「色の付いた磁場」を運びます。核液体ではそのような影響はありません。したがって、これらの渦により、クォーク液体は核子の液体とは大きく異なります。
クォーク液体と核子液体の影響
原子核内のクォークと核子は、強い核力を通じて相互作用します。この力には「制約」と呼ばれる興味深い特性があります。これは、科学者が個々のクォークではなく、結合したクォークのグループのみを観察できることを意味します。言い換えれば、クォークは「束縛されている」と言われます。理論的なツールを使用して「結合」を説明したり正確に定義したりすることも困難です。この研究は、渦の性質を利用してクォーク液体と核液体を区別することにより、この長年の問題を解決しました。これは、正確な意味では、高密度クォーク液体は結合していないが、核液体は結合していることを示しています。
伝統的な理論への挑戦
核物質がクォーク物質と異なるかどうか、言い換えれば、相転移があるかどうかは、強い相互作用の研究、特に量子色力学 (QCD) 理論における古い問題です。同様に、科学者たちは、監禁について明確な定義を与えることが可能かどうかという問題を提起している。これまで、これら 2 つの問題は、相転移のランダウ パラダイムとして知られる比較的古い観点からアプローチされてきました。ランダウのパラダイムでは、核物質とクォーク物質は完全に異なるわけではないと考えています。これは、QCD では制約を明示的に定義できないことも意味します。
この研究は、物理学者が過去 40 年間に発見した新しいツールのセットを使用することで、これらの結論に異議を唱えます。これらのツールは、以前のパラダイムに適合しない材料のトポロジー遷移を検出できます。 QCD 研究に適用すると、クォーク物質と核物質が異なることが明らかになります。クォーク物質と核物質を区別するには、科学者は 2 つの場合の渦の特性を比較する必要があります。簡単な計算では、クォーク物質の渦が核物質には存在しない色場を捕らえていることが示されている。この結果は、密な QCD では閉じ込めを厳密に定義できることも示しています。
参考文献
「物質の基本的な特性評価のためのヒッグス拘束相転移」、著者: Alexei Chelman、Theodore Jacobson、Srimoi Sen、Lawrence G. Yaff、2020 年 11 月 24 日、「Physical Review D」。
DOI:10.1103/PhysRevD.102.105021
「スピン 0 超流体では渦が磁束を運ぶ」、Aleksey Cherman、Theodore Jacobson、Srimoyee Sen、Laurence G. Yaffe 著、2023 年 1 月 5 日、「Physical Reviews B」。
DOI:10.1103/PhysRevB.107.024502
この研究は、米国エネルギー省科学局、核物理局、およびその量子ホライゾンズ プログラムによって支援されました。
コンパイルされたソース: ScitechDaily