Quark matter deep inside compact starsDavid Blaschke (University of Wroclaw, Poland & JINR Dubna, Russia)

PSR J16142230PSR J0348+0432

Antoniadis et al., Science 340 (2013) 448 Demorest et al., Nature 467 (2010) 1081

 Helmholtz International Summer School, Dubna, 25.07.14“Nuclear Theory and Astrophysical Applications”

   

Coloured condensates (CC)  Deep inside compact stars? 

● Cooper instability● Quark condensates● Symmetries and pairing patterns● Twoflavor color superconductors   2SC phase→● Threeflavor color superconductors   CFL phase →● NJL model and NambuGorkov formalism● Mean field gap equations and solutions● Thermodynamic potential● Phase diagram● EoS and TOV equations – Hybrid stars with CC

   

Cooper instabilities

 

   

Cooper instabilities

 

   

Field operators

 

   

Quarkantiquark condensates

 

   

Diquark condensates

 

   

Diquark condensates

 

   

Operators in flavor and color space

 

   

Operators in Dirac space

 

   

Combined operators

 

   

Twoflavor color superconductors

 

   

Symmetry properties: color

 

   

Symmetry properties: global symmetries

 

   

Threeflavor color superconductors

 

   

Threeflavor color superconductors

 

   

Pairing patterns

 

   

Colorflavor locking

 

   

NJL model for color superconductivity

 

   

NambuGorkov formalism

 

   

NambuGorkov propagator

 

   

Selfconsistency problem

 

   

Gap equation

 

   

Propagator

 

   

Dispersion relations

 

   

Dispersion relations (CFL)

 

   

Gap equation: solutions

 

   

Gap equation: solutions

 

   

Gap equation: solutions

 

   

Thermodynamic potential

 

   

Thermodynamic potential

 

   

Thermodynamic quantities

 

   

Minima

 

   

Condensation energy

 

   

CFL pairing in the bag model

 

   

Realistic masses

 

   

Realistic masses

 

   

Which phase is favored ?

 

   

Which phase is favored ?

 

   

3flavor NJL model

 

   

Results for T=0

 

   

Phase diagram

 

S. Ruester et al. Phys. Rev. D 72 (2005) 034004D. Blaschke et al. Phys. Rev. D 72 (2005) 065020

   

Quark matter in compact stars

Modern topics (selected): Hyperon puzzle (M. Baldo et al.; P. Haensel at al..; ...) Direct Urca problem  (T. Klaehn et al.) Supernova explosion mechanism  (T. Fischer et al.)

Solutions can be provided by  Stiffening of hadronic matter by quark substructure effects    (Pauli blocking   excluded volume)→ Stiffening of quark matter at high densities   (e.g., by multiquark interactions) Resulting early onset of quark matter and large latent heat

Crosstalk with HeavyIon Collision Experiments

   

Hyperon puzzle & quark matter 

Massradius sequences for different model equations of state (EoS) illustrate how the three major problems in the theory of exotic matter in compact stars (left panel) can be solved (right panel) by taking into account the baryon size effect within a excluded volume approximation (EVA). Due to the EVA both, the nucleonic (NEVA) and hyperonic (BEVA) EoS get sufficiently stiffened to describe highmass pulsars so that the hyperon puzzle gets solved which implies a removal of the reconfinement problem. Since the EVA does not apply to the quark matter EoS it shall be always sufficiently different from the hadronic one so that the masquerade problem is solved.  

   

Exploring hybrid star matter at NICAT.Klähn (1), D.Blaschke (1,2), F.Weber (3)(1) Institute for Theoretical Physics, University of Wroclaw, Poland

(2) Joint Institute for Nuclear Research, Dubna(3) Department of Physics, San Diego State University, USA

HeavyIon Collisions Compact Stars

„The CBM Physics Book“, Springer LNP 841 (2011), pp.158181NICA White Paper, http://theor.jinr.ru     BLTP TWikipages →

Proposal: 1. Measure transverse and elliptic flow for a wide range of energies (densities) at NICA and perform Danielewicz's  flow data analysis > constrain stiffness of high density EoS2. Provide lower bound for onset of mixed phase > constrain QM onset in hybrid stars

 stiff EoS(at flow limit)

 low ncrit(at NICA fixT)

 soft EoS (dashed line)

 high Mmax(J16142230)

 low Monset (all NS hybrid)

 excluded(J16142230)

http://theor.jinr.ru/

   

 

 

Quark matter in 2Msun neutron stars? → only color superconducting + vector int.

T. Klahn et al., PRD 88 (2013) 085001; arxiv:1307.696

   

Baryon substructure effect (EVA)

Thermodynamic consistency:

Parametrization of excluded volume with nonlinear dependence on the chemical potential:

   

NJL model with multiquark interactions

Meanfield approximation:

Thermodynamic Potential:

   

Result:

Hybrid EoS supports MR sequences with highmass twin compact stars 

S. Benic, D. Blaschke, D. AlvarezCastillo, T. Fischer, in progress (2014) 

   

28 membercountries

!New

!

Kickoff: Brussels, November 25, 2013

by July 26, 2013:

MP1304

Slide 1Slide 2Slide 3Slide 4Slide 5Slide 6Slide 7Slide 8Slide 9Slide 10Slide 11Slide 12Slide 13Slide 14Slide 15Slide 16Slide 17Slide 18Slide 19Slide 20Slide 21Slide 22Slide 23Slide 24Slide 25Slide 26Slide 27Slide 28Slide 29Slide 30Slide 31Slide 32Slide 33Slide 34Slide 35Slide 36Slide 37Slide 38Slide 39Slide 40Slide 41Slide 42Slide 43Slide 44Slide 45Slide 46Slide 47Slide 48Slide 49Slide 50