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Title
Multicomponent superfluids and superconductors in dense nuclear and quark matter / von Alexander Haber
Additional Titles
Vielkomponentige Suprafluessigkeiten und Supraleiter in dichter Kern- und Quarkmaterie
AuthorHaber, Alexander
CensorSchmitt, Andreas
PublishedWien, 2018
Descriptionx, 220 Seiten : Illustrationen, Diagramme
Institutional NoteTechnische Universität Wien, Dissertation, 2018
Annotation
Zusammenfassung in deutscher Sprache
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Abweichender Titel nach Übersetzung der Verfasserin/des Verfassers
LanguageEnglish
Document typeDissertation (PhD)
Keywords (DE)Neutronensterne / Suprafluessigkeit
Keywords (EN)Neutron stars / superfluidity
URNurn:nbn:at:at-ubtuw:1-114643 Persistent Identifier (URN)
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Multicomponent superfluids and superconductors in dense nuclear and quark matter [5.25 mb]
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Abstract (German)

Die theoretische Beschreibung von Materie bei mittlerer Baryondichte und niedrigen themperaturen ist äußerst komplex. Einerseits sind gittereichtheoretische Methoden nur dazu geeignet, relativ niedrige Dichten zu beschreiben, andererseits sind störungtheoretische Rechnungen erst bei extrem hohen Dichten zulässig. Der Parameterbereich mittleren chemischen Potentials und niedriger Temperaturen des QCD-Phasendiagrams kann daher nicht mit fundamentalen Methoden beschrieben werden. Daher ist es notwendig, stellare Objekte zur Untersuchung dichter Kenrund Quarkmaterie heranzuziehen. Kompakte Sterne können hierbei als einzigartiges Labor genutzt werden. Die theoretische Beschreibung von Materie bei mittlerer Baryondichte und niedrigen Temperaturen ist äußerst komplex. Einerseits sind gittereichtheoretische Methoden nur dazu geeignet, relativ niedrige Dichten zu beschreiben, andererseits sind störungtheoretische Rechnungen erst bei extrem hohen Dichten zulässig. Der Parameterbereich mittleren chemischen Potentials und niedriger Temperaturen im QCD-Phasendiagram kann daher nicht mit fundamentalen Methoden untersucht werden. Daher ist es notwendig, stellare Objekte zur Untersuchung dichter Kernund Quarkmaterie heranzuziehen. Kompakte Sterne können hierbei als einzigartiges Labor genutzt werden. Auf Grund ihrer schnellen Rotation und hoher Magnetfelder, können Phänomene wie hydrodynamische Instabilitäten und die Formation von Vortices bzw. Flussschläuchen, relevant werden. In dieser Arbeit werden die daraus entstehenden, vielkomponentigen Systeme in einer konsistenten Multifluid Behandlung untersucht. Zu diesem Zweck wird von einem feldtheoretischen, bosonischen Modell ausgegangen und die Phasenstrutkur eines zwei Fluid Systems, wie es zB. supraleitende Protonen und supraflüssige Neutronen bilden, abgeleitet. Anschließend werden hydrodynamische Instabilitäten, die als möglicher Auslöser von "Pulsar Glitches" angesehen werden, investigiert. Durch die Berücksichtigung der elektrischen Ladung der Protonen wird der Einfluss einer Supraflüssigkeit auf die magnetische Phasenstruktur eines Supraleiters berechnet. Abschließend wird frabsupraleitende Quarkmaterie, die effektiv ebenfalls als vielkomponentiger (Farb-)Supraleiter behandelt werden kann, untersucht.

Abstract (English)

Matter at intermediate baryon densities and low temperatures is notoriously hard to tackle theoretically. Whereas lattice methods cannot cover more than rather small densities, perturbative methods are only applicable at much higher densities. The regime of intermediate chemical potential at low temperatures in the QCD-phase diagram is therefore out of reach of first-principle methods, thus we have to rely on stellar objects to investigate dense nuclear and quark matter at low temperatures. Compact stars can serve as a unique laboratory for this regime. Due to their fast rotation and high magnetic field, phenomena like hydrodynamic instabilities and the formation of vortices/flux tubes become of phenomenological interest. In my thesis, I try to investigate these multicomponent systems in a consistent multi-fluid treatment. By starting from a field-theoretical, bosonic model, the phase structure of a two-fluid system, e.g. consisting of superfluid neutrons and superconducting protons, is explored. Consequently, hydrodynamic instabilities, which might serve as trigger for pulsar glitches, are calculated for these two-fluid systems. By incorporating a gauge field and taking into account the charge of one scalar field, the influence of a superfluid on the magnetic phase structure of a superconductor is studied. Finally, color superconducting quark matter, which can effectively be described as a multicomponent (color-)supercondcutor, is investigated.

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