컬러 초전도성

Color superconductivity

컬러 초전도성은 바이런 밀도가 충분히 높고(핵 밀도보다 훨씬 높음) 온도가 너무 높지 않으면(핵12 밀도보다 훨씬 낮음) 쿼크 물질에서 발생할 것으로 예측되는 현상이다.색 초전도 페이즈는 쿼크의 페르미 액체와 약하게 상호작용하는 쿼크 물질의 정상적인 페이즈와 대조된다.null

이론적으로 볼 때, 컬러 초전도 페이즈는 페르미 표면 근처의 쿼크가 쿠퍼 쌍으로 상관되는 상태를 말하며, 이를 응축한다.현상학적으로 볼 때, 색 초전도 페이즈는 기초 이론의 대칭 일부를 깨뜨리고, 정상 페이즈와는 매우 다른 스펙트럼의 흥분과 매우 다른 운송 특성을 가지고 있다.null

설명

초전도 금속과의 유사성

저온에서 많은 금속이 초전도체가 된다는 것은 잘 알려져 있다.금속은 전자의 페르미 액체로 볼 수 있으며, 임계 온도 이하에서는 페르미 표면 근처에 있는 전자들 사이의 매력적인 음소 매개 상호작용은 그들을 짝을 지어 쿠퍼 쌍의 응축액을 형성하게 하고, 이는 앤더슨-하이그스 메커니즘을 통해 광자를 거대하게 만들어 수자의 특징적인 행동을 이끌어 낸다.과전도체: 무한 전도성과 자기장의 배제(마이스너 효과).이에 대한 중요한 성분은 다음과 같다.

  1. 충전된 페르미온의 액체
  2. 페르미온들 사이의 매력적인 상호 작용
  3. 저온(임계온도 측정)

이러한 성분들은 또한 충분히 밀도가 높은 쿼크 물질에도 존재하기 때문에 물리학자들은 그러한 맥락에서 유사한 일이 일어날 것이라고 예상하게 된다.

  1. 쿼크는 전하와 색전하를 모두 운반한다.
  2. 두 쿼크 사이의 강한 상호작용은 강력하게 매력적이다.
  3. 임계 온도는 빅뱅 이후 몇 분 후 우주의 온도인 100 MeV, 즉 1012 켈빈 순서의 QCD 눈금으로 주어질 것으로 예상되기 때문에 현재 우리가 콤팩트한 별이나 다른 자연 환경에서 관측할 수 있는 쿼크 물질은 이 온도보다 낮을 것이다.

쿠퍼 쌍의 쿼크가 순색전하뿐만 아니라 순색전하를 지니고 있다는 것은 (광자가 전자성을 매개하는 것과 마찬가지로 강한 상호작용을 중재하는) 글루온의 일부가 쿼크 쿠퍼 쌍의 응축액과 함께 하나의 위상에 거대하게 된다는 것을 의미하므로, 그러한 국면을 "색상 초전도체"라고 한다.사실, 많은 색 초전도 단계에서 광자 자체는 질량이 커지지 않고 글루온 중 하나와 혼합되어 질량이 없는 새로운 "회전된 광자"를 생산한다.이것은 전기약 대칭 파괴의 TeV 척도에서 원래 광자를 산출했던 과전하와 W3 보손의 혼합에 대한 MeV 척도 에코다.null

색상 초전도 단계의 다양성

전기 초전도체와 달리 색초전도 쿼크 물질은 여러 가지 종류가 있는데, 각각은 물질의 별도 단계다.쿼크는 전자와는 달리 많은 종에서 나오기 때문이다.세 가지 다른 색(빨간색, 녹색, 파란색)이 있는데, 콤팩트 별의 중심에는 세 가지 다른 맛(위, 아래, 이상)을 기대하며, 모두 9종을 만든다.따라서 쿠퍼 쌍을 구성할 때 가능한 페어링 패턴의 9×9 색 맛 매트릭스가 있다.이러한 패턴들 간의 차이는 물리적으로 매우 중요하다. 다른 패턴들이 기초 이론의 다른 대칭을 깨뜨려 다른 흥분 스펙트럼과 다른 전달 특성을 야기한다.null

자연에서 어떤 페어링 패턴이 선호될지는 예측하기 어렵다.QCD는 강한 상호작용을 완전히 설명하는 이론이기 때문에 원칙적으로 QCD 계산으로 이 문제를 결정할 수 있다.점증적 자유 때문에 강한 상호작용이 약해지는 무한 밀도의 한계에서는 제어된 계산을 수행할 수 있으며, 3가지 맛 쿼크 물질에서 선호하는 단계가 색채 맛 잠금 단계인 것으로 알려져 있다.그러나 자연에 존재하는 밀도에서는 이러한 계산이 신뢰할 수 없으며, 유일한 대안은 격자 QCD의 무차별적인 힘 계산 접근법인데, 불행히도 높은 쿼크 밀도와 낮은 온도에서 계산에 무용지물이 되는 기술적 난관("신호 문제")을 가지고 있다.null

물리학자들은 현재 컬러 초전도성에 관한 다음과 같은 계열의 연구를 추진하고 있다.

  • 위상 다이어그램의 한쪽 가장자리에서 동작에 대한 아이디어를 얻기 위해 무한 밀도 한계에서 계산을 수행한다.
  • 고도로 단순화된 QCD 모델인 NJL(Nambu-Jona-Lasinio) 모델을 사용하여 중간 밀도로 하향된 위상 구조의 계산을 수행하는데, 이것은 통제된 근사치는 아니지만 반정량적 통찰력을 산출할 것으로 예상된다.
  • 주어진 단계의 산출을 위한 효과적인 이론을 적고, 그것을 사용하여 그 단계의 물리적 특성을 계산하는 것이다.
  • NJL 모델 또는 유효 이론을 사용하여 천체물리학적 계산을 수행하여 자연에서 특정 색 초전도 단계의 존재를 확인하거나 배제할 수 있는 관찰 가능한 서명이 있는지 확인한다(예: 소형 별에서: 다음 섹션 참조).

자연에서 일어날 수 있는 일

우주에서 유일하게 알려진 바론 밀도가 쿼크 물질을 생성할 수 있을 만큼 높을 수 있고, 색 초전도성이 발생할 수 있을 만큼 온도가 낮은 곳은 콤팩트 별의 핵심이다('중성자 별'이라고도 불리며, 이 별의 실제 구성 문제를 선입견하는 말이다.여기에는 많은 공개 질문들이 있다.

  • 우리는 핵물질에서 어떤 형태의 쿼크 물질로 단계적 전환이 일어날 수 있는 임계 밀도를 알지 못하기 때문에 소형 항성이 쿼크 물질 코어를 가지고 있는지 여부를 알 수 없다.
  • 다른 극단에서는, 대량 핵물질은 실제로 측정할 수 있고, 쿼크 물질(안정적인 이상한 물질 가설)로 분해된다고 생각할 수 있다.이 경우에, 콤팩트한 별들은 표면까지 완전히 쿼크 물질로 구성될 것이다.
  • 콤팩트한 별들이 쿼크 물질을 포함하고 있다고 가정하면, 우리는 그 쿼크 물질이 컬러 초전도 단계에 있는지 아닌지 알 수 없다.무한 밀도에서는 색 초전도성을 기대하며, 지배적인 강한 쿼크-쿼크 상호작용의 매력적인 성질은 그것이 낮은 밀도로까지 생존할 것으로 기대하게 하지만, 어떤 강하게 결합된 단계(예: 공간적으로 결합한 디-아인슈타인 응축물 또는 육각형 응축물)로의 전환이 있을 수 있다.

참고 항목

추가 읽기

참조