КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер 19-72-00077

НазваниеСвойства КХД при экстремальных условиях в рамках модели Намбу--Йона-Лазинио

РуководительЖохов Роман Николаевич, Кандидат физико-математических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова Российской академии наук, г Москва

Период выполнения при поддержке РНФ

07.2019 - 06.2021

Конкурс№40 - Конкурс 2019 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными.

Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе, 02-101 - Физика элементарных частиц

Ключевые словаФазовая диаграмма КХД, столкновения тяжелых ионов, физика нейтронных звезд, эффективные модели КХД, киральный и изотопический дисбаланс, магнитные поля

Код ГРНТИ29.05.23, 29.05.29

СтатусУспешно завершен

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Наш проект посвящен исследованию фазовой диаграммы адронной/кварковой материи при больших барионных плотностях в рамках эффективных КХД мотивированных моделей. Кроме температуры и барионного химического потенциала существует множество других внешних условий, реализующихся в реальных физических ситуациях, в том числе в экспериментах по столкновению тяжелых ионов и астрофизических объектах. Как известно, в нецентральных столкновениях тяжелых ионов могут достигаться огромные значения магнитных полей. Более того, присутствует ненулевой изотопический (различное число u и d кварков) и киральный (различное число левых и правых компонент кварков) дисбалансы. Интерес к киральному дисбалансу связан с аномальными транспортными явлениями такими, например, как киральный магнитный эффект. Есть как минимум три механизма генерации кирального дисбаланса в столкновениях тяжелых ионов, два из которых происходят при больших барионных плотностях, ожидаемых на коллайдере НИКА. Мы планируем исследовать явление нарушения киральной симметрии, пионной конденсации и влияние на все эти явления таких условий, как изотопический и киральный дисбаланс, магнитные поля. Некоторые задачи, посвященные изучению плотной адронной/кварковой среды, связаны с астрофизикой нейтронных звезд. Так как вычисления в решеточной КХД с ненулевым барионным химическим потенциалом практически невозможны из-за так называемой проблемы знака, планируется проводить исследования в рамках эффективных КХД мотивированных моделей, такую как модель Намбу-Йона-Лазинио (НИЛ). Используя эту модель, мы можем производить вычисления практически во всех интересных областях фазового портрета, в том числе с ненулевым барионным химическим потенциалом. Планируемые задачи направлены на углубление и расширение проведенных нами ранее исследований и изучение новых физических ситуаций, получение предсказаний для экспериментальной программы столкновения тяжелых ионов (в том числе строящегося сейчас коллайдера НИКА в Дубне).

Ожидаемые результаты
Исследование вопроса о том, как влияет возможный киральный дисбаланс на соотношение масса-радиус для нейтронных звезд, даст возможность продвинуться в вопросе о том, может ли он действительно появляться и существовать заметное время в плотной среде. Изучение формирования заряженной пионной конденсации во внешних электромагнитных полях в плотной барионной материи с киральным и изоспиновым дисбалансам углубит наше понимание фазового портрета при условиях интересных для такого явления, как киральный магнитный эффект (так как магнитное поле и киральный дисбаланс являются необходимыми условиями для появления этого эффекта) и представляет интерес, например, в контексте программ столкновения тяжелых ионов на коллайдере (БАК, НИКА, ФАИР и др.) Исследование неоднородных фаз в плотной кварковой среде с киральным дисбалансом во внешнем магнитном поле, а именно фазы киральной волны плотности (chiral density wave) обогатит понимание неоднородных фаз в реалистичных условиях, например, при столкновениях тяжелых ионов. Обобщение исследования полученных в приближении среднего поля или в пределе больших Nc дуальностей фазового портрета КХД на случай учета мезонного вклада (следующие порядки 1/Nc приближения) даст ответ на вопрос о том, не нарушются ли данные дуальности при более тщательном рассмотрении (в следующих порядках) и если да, то как будет выглядеть фазовый портрет и останется ли справедливым вывод о том, что киральный дисбаланс приводит к появлению пионной конденсации в плотной кварковой среде, полученный в ведущем порядке 1/Nc приближения. Все это продвинет нас в понимании фазовой структуры плотной барионной материи, реализующейся как в астрофизических объектах таких, как нейтронные звезды, так и в столкновениях тяжелых ионов. Флагманом изучения фазового портрета плотной барионной материи (и фазового портрета КХД в целом) в столкновениях тяжелых ионов у нас в стране является проект НИКА, активно реализующийся сейчас в Дубне.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Аннотация результатов, полученных в 2019 году
Исследована фазовая структура плотной барионной/кварковой материи с киральным дисбалансом с учетом электронейтральности и бэта равновесия (равновесия по отношению к слабым взаимодействиям), то есть в условиях, соответствующих материи в недрах нейтронных звезд. Показано, что предсказанная ранее генерация киральным дисбалансом заряженной пионной конденсации в плотной кварковой материи сохраняется и при этих условиях. Также было получено уравнение состояния данной материи. Это является первым и основным шагом к получению соотношения масса-радиус для нейтронных звезд с возможным киральным дисбалансом. Более того, в исследованиях фазовой структуры и пионной конденсации были аккуратно учтены ненулевая токовая масса кварков, а также рассмотрен случай ненулевой температуры, было показано, что фаза пионной конденсации может быть индуцирована при достаточно высоких температурах, что открывает новые физические системы, где этот эффект может иметь значение, такие как столкновения тяжелых ионов, только что родившиеся нейтронные звезды (прото-нейтронные звезды), взрывы сверхновых, а также слияния нейтронных звезд. Показано, что ранее полученное соотношение дуальности справедливо при любых значениях температуры даже для очень горячей кварк глюонной плазмы. Рассмотрен фазовый портрет плотной кварковой материи с изоспиновым и киральным дисбалансами в двух-цветном случае в рамках подхода эффективных моделей. Обнаружено, что в случае двух цветов существует три дуальности фазовой диаграммы, одна из которых похожа на найденную нами ранее в трех-цветном случае. Вследствие соотношений дуальности фазовая диаграмма чрезвычайно симметрична и весь фазовый портрет может быть получен только из свойств дуальностей и из фазовой структуры в частных случаях (это было замечено только после того, как численные расчеты были выполнены). Более того, был получен достаточно интересный результат, был показано, что существование трех дуальностей, о которых шла речь выше, может быть показано в рамках эффективной NJL модели не только в приближении среднего поля, но и в отсутствии каких-либо приближений. И самое интересное, что удалось показать эти дуальности в рамках самой двух-цветной КХД (не в рамках эффективных моделей) непертурбативно. Далее в духе этих доказательств было показано также непертурбативно, что найденная ранее дуальность между явлениями нарушения киральной симметрии и заряженной пионной конденсации имеет место в рамках самой КХД.

Публикации

1. Р. Н. Жохов, К. Г. Клименко, Т. Г. Хунжуа Dense Baryonic Matter and Applications of QCD Phase Diagram Dualities Particles, MDPI journal, Basel, Particles 2020, 3(1), 62-79 (год публикации - 2020) https://doi.org/10.3390/particles3010006

2. Р. Н. Жохов, К. Г. Клименко, Т. Г. Хунжуа The dual properties of chiral and isospin asymmetric dense quark matter formed of two-color quarks статья отправлена в Journal of High Energy Physics, JHEP, получена весьма положительная рецензия, сейчас в статью добавляются небольшие дополнительные обсуждения., - (год публикации - 2020)

3. Р. Н. Жохов, К. Г. Клименко, Т. Г. Хунжуа Electrical neutrality and β-equilibrium conditions in dense quark matter: generation of charged pion condensation by chiral imbalance arXiv:2005.05488 [hep-ph], в ближайшие дни отправлю в European Physical Journal C, EPJ C, - (год публикации - 2020)

4. Р. Н. Жохов, К. Г. Клименко, Т. Г. Хунжуа, Charged pion condensation and duality in dense and hot chirally and isospin asymmetric quark matter in the framework of NJL2 model Phys. Rev. D, Phys.Rev. D100 (2019) no.3, 034009 (год публикации - 2019) https://doi.org/10.1103/PhysRevD.100.034009

5. Р. Н. Жохов, К. Г. Клименко, Т. Г. Хунжуа, Pion Condensation in Hot Dense Quark Matter with Isospin and Chiral-Isospin Asymmetries within the Nambu—Jona-Lasinio Model Moscow University Physics Bulletin, Moscow University Physics Bulletin, 2019, Vol. 74, No. 5, pp. 473–479; ВМУ. Серия 3. ФИЗИКА. АСТРОНОМИЯ. 2019. No 5. С. 53–59. (год публикации - 2019) https://doi.org/10.3103/S0027134919050175

6. Р. Н. Жохов, К. Г. Клименко, Т. Г. Хунжуа Quark/Hadronic Matter and Dualities of QCD Thermodynamics the proceedings of the 19th Lomonosov Conference will be published as a book by World Scientific Publ. Co., Singapore. http://lomcon.ru/ (proceedings of the previous conferences https://www.worldscientific.com/worldscibooks/10.1142/11333), - (год публикации - 2020)

7. Р. Н. Жохов, К. Г. Клименко, Т. Г. Хунжуа Dense baryonic matter with chiral imbalance and charged pion condensation Acta Physica Polonica B: Proc. Suppl, - (год публикации - 2020)

Аннотация результатов, полученных в 2020 году
В рамках выполнения проекта были исследованы неоднородные фазы в фазовом портрете плотной кварковой материи с изотопическим и киральным дисбалансами. Была получена богатая картина неоднородных фаз, с различными неоднородными конденсатами, такими как фаза киральной волны плотности (Chiral density wave (CDW)) и фаза с неоднородной пионной конденсацией. Была получена достаточно уникальная ситуация, при которой неоднородные фазы были обнаружены даже в случае нулевого барионного химического потенциала. До этого не было примеров условий, когда в кварковой среде с нулевым барионным химическим потенциалом могут существовать неоднородные фазы. Были получены очень нетривиальные результаты, которые позволяют и помогают исследовать фазовую структуру модели, а именно, было показано, что в случае неоднородных конденсатов существуют так называемые constraint дуальности. Были исследована фазовая диаграмма и свойства дуальностей в двухцветной кварковой материи. Исследовано влияние кирального дисбаланса на явление дикварковой конденсации и на фазовую диаграмму двухцветной кварковой материи. Было показано, что киральный дисбаланс mu_5 в определенных условиях катализирует/усиливает все явления, происходящие в системе, (т. е. является универсальным катализатором). Способность mu_5 катализировать явление нарушения киральной симметрии была известна ранее, но его каталитические свойства оказались более универсальными, он может также катализировать пионную и дикварковую конденсацию. Также было показано, что киральный дисбаланс mu_5 имеет свойство имитировать действие любого из других химических потенциалов (свойство хамелеона), и как следствие вызывать соответствующее явление конденсации.Было показано, что эти свойства являются следствием дуальностей фазового портрета. Было показано в рамках двухцветной NJL модели, что найденные дуальности связаны с симметрией Паули-Гюрши и выполняются точно не только в приближении среднего поля (mean field approximation) или в ведущем порядке 1/N_c разложения, но и в любом порядке 1/N_c разложения (или вкладом мезонных полей) или вообще не используя никаких приближений. Все это было показано не только в рамках эффективной модели, но и в рамках самой КХД, не часто что-то удается показать в КХД непертурбативно.

Публикации

1. Р. Н. Жохов, К. Г. Клименко, Т. Г. Хунжуа The dual properties of chiral and isospin asymmetric dense quark matter formed of two-color quarks JHEP 06 (2020) 148, - (год публикации - 2020) https://doi.org/10.1007/JHEP06(2020)148

2. Р. Н. Жохов, К. Г. Клименко, Т. Г. Хунжуа, Electrical neutrality and β-equilibrium conditions in dense quark matter: generation of charged pion condensation by chiral imbalance Eur.Phys.J.C 80 (2020) 10, 995, - (год публикации - 2020) https://doi.org/10.1140/epjc/s10052-020-08502-w

3. Р. Н. Жохов, К. Г. Клименко, Т. Г. Хунжуа, Inhomogeneous phases in dense chirally imbalanced quark matter недописанной статья (pdf файл attached), - (год публикации - 2021)

4. Р. Н. Жохов, К. Г. Клименко, Т. Г. Хунжуа, Dual properties of QCD phase diagram недописанная статья (pdf файл attached), - (год публикации - 2021)

5. Р. Н. Жохов, К. Г. Клименко, Т. Г. Хунжуа, Dual symmetries of dense isotopically and chirally asymmetric three- and two-color QCD and NJL models недописанная статья (pdf файл attached), - (год публикации - 2021)

6. Р. Н. Жохов, К. Г. Клименко, Т. Г. Хунжуа, Duality in effective models and lattice QCD недописанная статья (pdf файл attached), - (год публикации - 2021)

7. Р. Н. Жохов, К. Г. Клименко, Т. Г. Хунжуа, Influence of chiral asymmetry on phase structure of the two-color quark matter arXiv:2105.04952v1 [hep-ph] в ближайшие дни отправлю в JHEP, - (год публикации - 2021)

8. Жохов Р. Н., Клименко К. Г. , Хунжуа Т. Г., The phase structure of two color QCD and charged pion condensation phenomenon "Physics of Elementary Particles and Atomic Nuclei " (ЭЧАЯ, Физика элементарных частиц и ядерного ядра) Proceedings of LXX International conference "NUCLEUS – 2020. Nuclear physics and elementary particle physics. Nuclear physics technologies", - (год публикации - 2021)

9. Р. Н. Жохов, К. Г. Клименко, Т. Г. Хунжуа, The dual properties of two-color QCD with baryon, chiral and isospin densities J. Phys.: Conf. Ser., 1690 012098 (год публикации - 2020) https://doi.org/10.1088/1742-6596/1690/1/012098

10. Р. Н. Жохов, К. Г. Клименко, Т. Г. Хунжуа, Dense baryonic matter with chiral imbalance and charged pion condensation Acta Phys.Polon.Supp. 14 (2021) 67, Acta Phys.Polon.Supp. 14 (2021) 67 (год публикации - 2020) https://doi.org/10.5506/APhysPolBSupp.14.67

Возможность практического использования результатов
не указано