A supercondutividade colorida, o que é?

A supercondutividade colorida, o que é?

A supercondutividade colorida é esperada na matéria quark se a densidade de bárions for alta o suficiente (muito maior que a densidade nuclear) e a temperatura não for muito alta (muito abaixo de 1012 Kelvin). A fase supercondutora colorida se contrai com a fase normal da matéria quark, que é apenas um líquido de Fermi de quarks de interação fraca.

Teoricamente, uma fase supercondutora colorida é um estado no qual quarks próximos à superfície de Fermi se correlacionam e condensam em pares de Cooper. Em termos fenomenológicos, fases supercondutoras coloridas quebram algumas das simetrias da teoria subjacente e têm um espectro de excitação muito diverso e muitas propriedades de transporte diferentes das fases normais.

Os metais supercondutores análogos
Em baixas temperaturas, muitos metais se tornam supercondutores. Os metais podem ser vistos como líquidos de Fermi de elétrons, e abaixo da temperatura crítica, interações atrativas mediadas por fônons entre elétrons perto da superfície de Fermi fazem com que eles parem e formem condensados ​​de pares de Cooper. Isso torna os fônons maiores através do mecanismo de Anderson-Higgs, levando ao comportamento característico dos supercondutores; condutividade infinita e exclusão de campos magnéticos (efeito Meisner). Os principais fatores para que isso aconteça são:

Líquido de Fermion Carregado, Interações atrativas entre férmions, baixa temperatura (abaixo da temperatura crítica).
Esses componentes também estão presentes em matéria de quarks suficientemente densa que os físicos esperam que algo semelhante aconteça neste caso:

Quarks carregam cargas elétricas e coloridas;
A forte interação entre dois quarks tem uma forte atração;
Espera-se que a temperatura crítica esteja na escala QCD, em torno de 100 MeV ou 1012 Kelvin, a temperatura do universo alguns minutos após o Big Bang, então atualmente podemos observar a matéria quark ou outra propensão natural a estar abaixo dessa temperatura em compacto estrelas.
O fato de que os pares de quarks Cooper carregam padrões de carga de cor, bem como padrões de carga, significa que os glúons (que medeiam interações fortes como os fótons mediam o eletromagnetismo) se tornam únicos dentro de uma fase. Tais fases são então chamadas de “supercondutores coloridos”. Atualmente, em muitas fases supercondutoras coloridas, o próprio fóton não se torna massa, mas se mistura com um dos glúons para se tornar um novo “fóton giratório” sem massa. Isso é uma reminiscência de uma mistura de supercargas e bósons W3 na escala MeV que originalmente produziam fótons na escala TeV de quebra de simetria eletrofraca.

Diversidade de fases supercondutoras coloridas
Ao contrário dos supercondutores elétricos, existem muitas variedades de matéria quark supercondutora, cada uma em uma fase separada da matéria. Isso ocorre porque os quarks, ao contrário dos elétrons, vêm em muitas variedades. Existem três cores diferentes (vermelho, verde, azul), e no núcleo de uma estrela densa, você pode prever três “sabores” diferentes (para cima, para baixo, estranho), para um total de nove. Portanto, formar pares de Cooper tem uma matriz de cores de “sabor” {\displaystyle 9\times 9}{\displaystyle 9\times 9} de possíveis padrões de pares. As diferenças entre esses modos são fisicamente muito importantes: diferentes modos quebram diferentes simetrias da teoria subjacente, levando a diferentes espectros de excitação e diferentes propriedades de transporte.

É difícil prever quais padrões de pareamento serão favorecidos na natureza. Em princípio, esta questão deve ser respondida por cálculos em QCD, uma vez que QCD é uma teoria que descreve amplamente a interação forte. No limite da densidade infinita, devido à liberdade assintótica, a interação forte torna-se fraca, e cálculos controláveis ​​podem ser realizados.Sabe-se que a fase preferida das três substâncias quarks “sabor” é a fase “cor-sabor”. Mas nas densidades que existem na natureza, esses cálculos são impossíveis, e a única alternativa conhecida é uma aproximação computacional pela “força bruta” da rede QCD, que infelizmente sofre de uma dificuldade técnica inútil para computação (“Problemas de Sinal ”). Alta densidade de quarks e baixa temperatura.

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