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在中子星的核心处,强大的引力场把核物质密度压缩到正常核态的若干倍。按袋模型的估算,这种条件下核子将互相重叠,使其中的夸克融为一体而形成夸克物质。量子色动力学(quantum chromodynamics,QCD)是研究夸克间强相互作用的基础理论,量子色动力学预言,低温高密度的夸克物质是一个色超导体。因此对色超导体的研究将对探索中子星物理,寻求宇宙中的夸克星具有重要意义。由于格点规范的数值方法尚不能用到高密度条件下的量子色动力学,目前对色超导的研究主要有两个途经:(a)微扰理论,适用于超高密度的夸克物质,也就是夸克物质的费米能远高于Λ<,QCD>。由于渐近自由,此时的耦合强度很弱。在这种条件下的配对机制主要是通过单胶子交换实现的。(b)NJL有效作用量,适用于中高密度,即中子星核心处可达到的密度。此时夸克物质的费米能量仅为Λ<,QCD>的2~3倍,微扰展开的可靠性很难估计。对色超导的研究只能求助于NJL有效作用量,其中的配对机制来自瞬子效应。由于s夸克质量不可忽略和电中性的要求,参与配对的夸克具有不同的费米动量。这种条件下的色超导有各种可能的结构,其中包括Gapless态,LOFF态和BCS-正常混合态。但夸克物质的基态属于哪种结构在同行之间尚未达成共识。
本文从QCD的有效模型理论SU(2)NJL模型出发,用数值方法描述不同耦合区间满足色电中性条件的两味LOFF态色超导。我们发现,在弱耦合区域,即不存在中性的2SC态也不存在中性的g2SC态,这时的中性LOFF态是色磁稳定的,而在中等耦合区间,中性LOFF态遭遇色磁不稳定性。与理想色超导不同的是,LOFF态里两味夸克的费米动量不相等,当这种差别达到某一合适的值时,库伯对有非零的总动量,能隙以平面波的形式出现,并且一个库伯对的两个夸克可以非常接近它们各自的费米面,使得库伯对的产生需要的自由能很低。
本文分为三个部分。第一部分介绍温度场论的基础知识;第二部分首先介绍色超导基础及国际上对色超导的研究近况,接着讨论具有强约束的系统的热力学;第三部分,利用NJL模型研究零温下满足色电中性条件的两味LOFF态色超导,最后给出小结与展望。