Вещество внутри нейтронной звезды может принимать разные формы: жидкость с плотностью нуклонов или жидкость с плотностью кварков. Новейшие исследования показали, что в нейтронных звездах кварковая жидкость существенно отличается от нуклонной жидкости, о чем свидетельствует уникальное цветовое магнитное поле в ее вихре. Это открытие бросает вызов предыдущим взглядам на квантовую хромодинамику и дает новое понимание природы связывания.
Наука о веществе нейтронных звезд
Атомные ядра состоят из нуклонов (таких как протоны и нейтроны), которые сами состоят из кварков. Когда атомные ядра разрушаются при высоких плотностях, они растворяются в нуклонной жидкости, а при более высоких плотностях сами нуклоны растворяются в кварковой жидкости. В этом исследовании исследователи исследовали вопрос о том, фундаментально ли отличаются нуклонные жидкости и кварковые жидкости. Их теоретические расчеты показали, что эти жидкости разные. Обе жидкости создают вихри при вращении, но в кварковых жидкостях вихри несут «цветное магнитное поле», похожее на обычное магнитное поле. В ядерных жидкостях такого эффекта нет. Таким образом, эти вихри сильно отличают кварковые жидкости от нуклонных жидкостей.
Влияние кварковых и нуклонных жидкостей
Кварки и нуклоны в ядре взаимодействуют посредством сильного ядерного взаимодействия. У этой силы есть интересное свойство, называемое «ограничение». Это означает, что ученые могут наблюдать только группы связанных вместе кварков, а не отдельные кварки. Другими словами, кварки называются «связанными». Также сложно описать или точно определить «связывание», используя теоретические инструменты. Данное исследование решает эту давнюю проблему, используя свойства вихрей для различения кварковых и нуклонных жидкостей. Это показывает, что в точном смысле плотные кварковые жидкости не связаны, тогда как нуклонные жидкости связаны.
Оспаривание традиционных теорий
Отличается ли ядерная материя от кварковой материи, другими словами, существует ли фазовый переход, — это старый вопрос в изучении сильных взаимодействий, особенно в теории квантовой хромодинамики (КХД). Аналогичным образом, ученые подняли вопрос о том, можно ли дать четкое определение заключения. В прошлом к этим двум вопросам подходили с относительно старой точки зрения, известной как парадигма фазовых переходов Ландау. Парадигма Ландау утверждает, что ядерная материя и кварковая материя не являются полностью разными. Это также означает, что ограничения не могут быть явно определены в КХД.
Данное исследование бросает вызов этим выводам, используя новый набор инструментов, которые физики открыли за последние 40 лет. Эти инструменты могут обнаруживать топологические переходы в материалах, которые не соответствуют предыдущим парадигмам. Применительно к исследованиям КХД они показывают, что кварковая материя и ядерная материя различны. Чтобы отличить кварковую материю от ядерной материи, ученые должны сравнить свойства вихрей в обоих случаях. Простые расчеты показывают, что вихри в кварковой материи захватывают хроматические поля, которых нет в ядерной материи. Этот результат также показывает, что конфайнмент может быть строго определен в плотной КХД.
Ссылки
«Фазовые переходы с ограничениями Хиггса для фундаментальных характеристик материи», автор: Алексей Челман, Теодор Джейкобсон, Шримой Сен и Лоуренс Г. Яфф, 24 ноября 2020 г., «Physical Review D».
DOI:10.1103/PhysRevD.102.105021
«Вихри переносят магнитный поток в сверхтекучих средах со спином 0», Алексей Черман, Теодор Джейкобсон, Шримойи Сен и Лоуренс Г. Яффе, 5 января 2023 г., «Physical Reviews B».
DOI:10.1103/PhysRevB.107.024502
Это исследование было поддержано Управлением науки Министерства энергетики США, Управлением ядерной физики и его программой Quantum Horizons.
Источник составления: ScitechDaily.