Bei extrem hohen Dichten wird erwartet, dass Quarks Paare bilden, wie es Elektronen in einem Supraleiter tun. Dieses Verhalten von Quarks hoher Dichte wird Farbsupraleitung genannt. Die Stärke der Paarung innerhalb eines Farbsupraleiters ist schwer zu berechnen, aber Wissenschaftler kennen seit langem den Zusammenhang zwischen der Stärke und dem Druck dichter Materie. Die Messung der Größe von Neutronensternen und ihrer Verformung bei Verschmelzungen gibt Aufschluss über ihren Druck und bestätigt, dass Neutronensterne tatsächlich die dichteste sichtbare Materie im Universum sind.
In einer aktuellen Studie nutzten Forscher Neutronensternbeobachtungen, um auf die Eigenschaften von Quarkmaterie bei noch höheren Dichten zu schließen, bei denen es sich mit Sicherheit um einen Farbsupraleiter handelt. Dies ergibt die erste empirische Obergrenze für die Stärke der supraleitenden Farbpaarung.
Die Arbeit ist veröffentlicht im Tagebuch Briefe zur körperlichen Untersuchung.
Messungen von NICER, LIGO/Virgo und bodengestützten Radioteleskopen liefern Einblicke in die Drücke und Dichten in den Kernen verschiedener Neutronensterne, jeweils mit einer gewissen Unsicherheit. In dieser Studie führten die Forscher eine statistische Analyse dieser Messungen durch, um eine Reihe möglicher Drücke bei Quark-Materie-Dichten zu ermitteln.
Wissenschaftler wissen, wie hoch der Druck der Quark-Materie bei diesen hohen Dichten wäre, ohne die Quark-Paarung zu berücksichtigen. Daher lieferte der Bereich möglicher Abweichungen von dieser Basislinie den Forschern dieser Studie den Bereich an Paarungseffekten, der mit den Neutronensternbeobachtungen übereinstimmt. Dies ermöglichte es den Forschern, empirische Grenzen für die Stärke der supraleitenden Farbpaarung zu ermitteln.
Theoretische Physiker beschäftigen sich seit mehr als zwei Jahrzehnten mit der Farbsupraleitung. Der Zusammenhang dieser Studie mit Neutronensternbeobachtungen ist jedoch der erste empirische Grenzwert für die Paarungsstärke von Farbsupraleitern. Dies eröffnet neue Forschungsfelder für die Nutzung der Astrophysik von Neutronensternen, um mehr über die Physik der Quark-Materie zu erfahren.
Weitere Informationen:
Aleksi Kurkela et al, Astrophysical Equation-of-State Constraints on the Color-Supraconducting Gap, Briefe zur körperlichen Untersuchung (2024). DOI: 10.1103/PhysRevLett.132.262701