超子相互作用與中子星性質(zhì)

超子相互作用與中子星性質(zhì)第一頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一1、“定義”

“經(jīng)典”：（主要）由中子組成的致密星體

“現(xiàn)代”：（主要）由高密度強(qiáng)子物質(zhì)組成的致密星體一、中子星第二頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一2、研究歷史和觀測(cè)1932年中子發(fā)現(xiàn)，landu預(yù)言中子星的存在。1934年，BaadeandZwicky指出可能在超新星遺跡中尋找到中子星。1939年，OppenheimerandVolkoff第一次對(duì)中子星的性質(zhì)進(jìn)行了理論計(jì)算。中子星的理論提出后，經(jīng)典天文方法的搜尋都未成功。主要是其平均光度極低。第三頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一1967年，BellandHewish發(fā)現(xiàn)了脈沖星，很快Gold證認(rèn)為旋轉(zhuǎn)中子星：

接下來(lái)的Crab脈沖星的觀測(cè)，證明了中子星與超新星的聯(lián)系?，F(xiàn)在已觀測(cè)到超過(guò)1000顆脈沖星。第四頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一第一個(gè)脈沖雙星PSR1913+16由HolseandTaylor在1973年發(fā)現(xiàn)。在已發(fā)現(xiàn)的脈沖星中，約有20個(gè)脈沖雙星，伴星是白矮星或中子星，已知的雙中子星6個(gè)。利用伴星質(zhì)量，可測(cè)得中子星質(zhì)量。射電雙脈沖星：1.25-1.44太陽(yáng)質(zhì)量;X射線雙脈沖星：CygX-2:1.8太陽(yáng)質(zhì)量

VelaX-1:1.9or1.4太陽(yáng)質(zhì)量4U1700-37:1.8太陽(yáng)質(zhì)量第五頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一觀測(cè)中子星引力質(zhì)量F.K.Lamb第六頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一3、誕生：大質(zhì)量星演化的終態(tài)。

恒星內(nèi)部氫核聚變階段是主序星階段，演化過(guò)程中，當(dāng)核心處的氫耗盡時(shí)，又開(kāi)始收縮，隨著溫度的增加，中心出現(xiàn)新的熱核反應(yīng)，三個(gè)氦聚合形成碳，而其它氦形成氧。熱核反應(yīng)釋放的能量使外層大大膨脹成一個(gè)紅巨星。如果質(zhì)量比6太陽(yáng)質(zhì)量小，進(jìn)入紅巨星階段后，剩下的核心主要由氦、碳和氧組成，在自身引力作用下收縮形成一個(gè)白矮星。質(zhì)量為6-8太陽(yáng)質(zhì)量，如何變化？目前不大清楚！質(zhì)量8-20太陽(yáng)質(zhì)量的星發(fā)生超新星爆發(fā)，核心形成中子星。質(zhì)量大于20太陽(yáng)質(zhì)量時(shí)，核心繼續(xù)塌縮而形成黑洞。第七頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一第八頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一Schematiccross-sectionofaneutronstar4、結(jié)構(gòu)第九頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一外殼：原子核和電子內(nèi)殼：豐中子核、中子和電子核物質(zhì)：核物質(zhì)、U子和電子奇異核心：超子、夸克物質(zhì)？？第十頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一第十一頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一5、描述描述中子星需要廣義相對(duì)論、粒子物理和核物理！愛(ài)因斯坦場(chǎng)方程由黎曼曲率張量構(gòu)造出來(lái)的愛(ài)因斯坦張量，其散度恒為零。第十二頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一

愛(ài)因斯坦場(chǎng)方程是普遍的形式上簡(jiǎn)單而又非常復(fù)雜的非線性方程，而且時(shí)空和物質(zhì)間還有相互作用。有幾種情況可找到近似形式解。愛(ài)因斯坦方程在靜態(tài)球形星內(nèi)部，可以進(jìn)行數(shù)值解。相對(duì)論性球形靜態(tài)星情況下時(shí)空和物質(zhì)分布的方程就是Oppenheimer-Volkoff偶合微分方程。這是中子星模型發(fā)展的基本方程。第十三頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一Oppenheimer-Volkoff偶合微分方程：零壓強(qiáng)定義了星的邊界，因?yàn)榱銐簭?qiáng)不能支持物質(zhì)來(lái)反抗內(nèi)部的引力吸引。與該半徑對(duì)應(yīng)的質(zhì)量值解釋為星的引力質(zhì)量。上述方程中，只要給定狀態(tài)方程，就可以求解中子星的半徑和質(zhì)量以及其它性質(zhì)。狀態(tài)方程由微觀理論給出，即要利用現(xiàn)有的核物理和粒子物理知識(shí)，外推到中子星密度。第十四頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一6中子星物質(zhì)的性質(zhì)

電中性：

每個(gè)核子的凈電荷（在任何星上每個(gè)核子的平均電荷）一定很小，基本為零。只考慮n,p,e,u，則有：第十五頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一化學(xué)平衡：

弱作用過(guò)程：當(dāng)?shù)谑?yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一中微子自由物質(zhì)：化學(xué)勢(shì)方程：考慮有超子、和K等其它粒子出現(xiàn)時(shí)，同樣可以得到化學(xué)平衡條件：利用核物理和粒子物理討論狀態(tài)方程時(shí)，要考慮這些性質(zhì)。第十七頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一二、RMF描述中子星核物理中的相對(duì)論平均場(chǎng)理論（RMF）在描述有限核和核物質(zhì)中取得了成功。核場(chǎng)理論適合描述中子星物質(zhì)。首先自動(dòng)保證因果律。再者其中的偶合常數(shù)由核物質(zhì)的整體性質(zhì)決定。可以將RMF推廣應(yīng)用到中子星物質(zhì)中，計(jì)算中子星物質(zhì)的狀態(tài)方程，然后就可以計(jì)算中子星的性質(zhì)，比如半徑和最大質(zhì)量等.第十八頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一1Lagrange公式在一個(gè)場(chǎng)中，Lagrange密度：是一個(gè)標(biāo)量。場(chǎng)滿足的方程是Euler-Lagrange方程：

第十九頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一中子星物質(zhì)：電中性、平衡的重子、輕子物質(zhì)。除了核子外，考慮包括進(jìn)最低八重態(tài)的其它重子，比如Λ、Σ、Ξ等，拉氏量為：2中子星物質(zhì)拉氏量第二十頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一粒子和反粒子的本征值是：每種重子B的Dirac方程是：3運(yùn)動(dòng)方程第二十一頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一在穩(wěn)定均勻分布的物質(zhì)基態(tài)中，利用介子場(chǎng)的平均值代替介子場(chǎng)得到均勻靜態(tài)物質(zhì)中的介子場(chǎng)方程是：第二十二頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一能量密度和壓強(qiáng)：是重子密度的函數(shù)，依賴于費(fèi)米動(dòng)量。4狀態(tài)方程第二十三頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一費(fèi)米動(dòng)量與化學(xué)勢(shì)間的關(guān)系是：上述方程在密度很高出現(xiàn)核子以外的重子時(shí)是不完備的，補(bǔ)充重子數(shù)守恒和電中性條件：在中子星物質(zhì)中存在各種化學(xué)反應(yīng)平衡，重子B的化學(xué)勢(shì)：5重子數(shù)守恒和電中性第二十四頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一上述RMF中的非線性方程組，可以自洽迭代同時(shí)求解介子場(chǎng)、化學(xué)勢(shì)和費(fèi)米動(dòng)量。其中的核子耦合常數(shù)，一可以利用飽和核物質(zhì)的密度、束縛能、壓縮系數(shù)、對(duì)稱能量系數(shù)和有效質(zhì)量來(lái)決定,比如Glendenningde作法;一是利用有限核的性質(zhì)擬合參數(shù),并根據(jù)飽和核物質(zhì)的性質(zhì)進(jìn)行一些調(diào)整,比如:NL1,NL3,NLSH,TM1等。6RMF描述中子星超子偶合常數(shù)的取法第二十五頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一RMF理論中超子和介子的偶合常數(shù)的選取對(duì)中子星物質(zhì)的性質(zhì)也具有重要影響?，F(xiàn)有各種不同的取法，且相差較大?？偨Y(jié)各種不同的取法，可以將其歸為兩類。一類利用超子的夸克組成。比如利用SU（6）對(duì)稱性?。篔.SchaffnerandI.N.Mishustin（Phys.Rev.C53(1996)1416）或在重子的奇異夸克和非奇異夸克組成的基礎(chǔ)上得到：（N.K.Glendenning，APJ293(1985)470）第二十六頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一這一類取法應(yīng)用到平均場(chǎng)模型的有效偶合中，沒(méi)有考慮在RMF中混合進(jìn)了多體效應(yīng)。另一類取法是利用超核的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)對(duì)偶合常數(shù)進(jìn)行擬合。比如利用實(shí)驗(yàn)Λ-n譜，來(lái)最小二乘擬合Λ的偶合，得到：M.Rufaetal.，Phys.Rev.C42(1990)2469目前這種取法的誤差太大，對(duì)RMF的計(jì)算結(jié)果仍然有很大影響。總之,超子耦合常數(shù)的不確定性,一定會(huì)引起中子星性質(zhì)的理論計(jì)算結(jié)果變化.這里我們討論,利用各種不同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,采用常用的超子耦合常數(shù)的取法,并考慮標(biāo)量介子耦合與矢量介子之間的關(guān)聯(lián),選取不同的超子相互作用,來(lái)計(jì)算中子星的性質(zhì).第二十七頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一由于著重討論超子的相互作用對(duì)中子星性質(zhì)的影響,這里取Glendenning的一組參數(shù):(CompactStars,NewYork:springer(1997)p232)Thissetparameteryield:(forsaturatednuclearmatter)第二十八頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一Thehyperoncouplingsarenotwellknownsince:1cannotbedeterminedfromnuclearmatterproperties,2experimentaldataonhypernucleidoesnotfixorgot.Thevectormeson-hyperondeterminedbySU(6)

(Phys.Rev.,53(1996)1416)

Inordertostudytheinfluenceofisospin,take:

第二十九頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一Thescalarmesonscouplings第三十頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一超子相互作用與中子星性質(zhì)HyperonInteractionandPropertiesofNeutronStar賈煥玉西南交通大學(xué)現(xiàn)代物理研究所,成都IMPofSWJTU,Chengdu610031,CHINAhyjia@徐延冰四川大學(xué)物理學(xué)院,成都第三十一頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一Thecouplingsforsigamamesonareadjustedbyassuming

case1thepotentialsexperiencedbyallhyperonssame,-30MeV

(Nucl.Phys.A,290(1977)324,491(1989)601)case2Cascadesexperiences-16MeV(lessattractive),othersare:-30MeV

(Phys.Rev.C,58(1998)1306,61(2000)054603)case3Sigamasexperiences+10MeV(strongrepulsive),othersare:-30MeV

(Phys.Rev.C,60(1999)025205)case4Lamda,Sigama,Cascadesexperiences–30,+10,-16MeV

0.312-160.421100.615-30case40.38-300.421100.615-30case30.312-160.615-300.615-30case20.38-300.615-300.615-30case1

MeV

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第三十二頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一Isospineffect

Particlefractionasafunctionofbaryondensity.forCase1andParticlesappear

Thethresholdequationforahyperon(B)is:ResultsanddiscussionsThenumberofhyperonswillmorethanneutronswhenthedensityishigherthan第三十三頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一Black:x=1.0Red:x=.667Blue:x=1.4Solid:LambdaDash:SigmaDot:CascadeIsospininteractionofSigmainfluencetheappearanceofHyperons.

Thesigmadisappearuntill0.8fm^-3whenx>1.4becausethetermCASE1determineswhetheraspeciesisisospin-favoredorunfavored第三十四頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一Tomaintainchargeneutralityand