Farbsupraleitung

Kernmaterie bei extremen Bedingungen, wie sie in Schwerionenstößen und vermutlich im Inneren von kompakten Sternen erreicht werden, löst sich in die sonst permanent eingesperrten Freiheitsgrade von Quarks und Gluonen auf, die durch die fundamentale Theorie der Quantenchromodynamik beschrieben werden. Bei hohem chemischen Potential für die Quarks und vergleichsweise niedrigen Temperaturen wird angenommen, dass Quarks mit unterschiedlicher Farbladung Cooper-Paare bilden, was zum Phänomen der Farbsupraleitung führt. Dies hat potentiell bedeutsame und nachprüfbare Auswirkungen auf die Physik von Neutronensternen, wie sie z.B. durch Röntgensatelliten studiert wird. Die Parameter der Farbsupraleitung sind im Prinzip störungstheoretischen Methoden zugänglich und es existieren definite Ergebnisse für die niedrigsten Ordnungen. Darüberhinaus ist allerdings die Systematik der zuständigen sogenannten HDL-resummierten Störungstheorie noch nicht ausgearbeitet und insbesondere Fragen bezüglich der Eichunabhängigkeit nicht vollständig gelöst. Das Ziel dieses Projektes ist erstens die Beantwortung dieser grundlegenden Fragen und zweitens die Entwicklung von praktikablen Methoden für die Berechnung höherer Korrekturen, die wegen der Stärke der Kopplungskonstanten nicht vernachlässigbar sind.

Kernmaterie bei extremen Bedingungen, wie sie in Schwerionenstößen und vermutlich im Inneren von kompakten Sternen erreicht werden, löst sich in die sonst permanent eingesperrten Freiheitsgrade von Quarks und Gluonen auf, die durch die fundamentale Theorie der Quantenchromodynamik beschrieben werden. Bei hohem chemischen Potential für die Quarks und vergleichsweise niedrigen Temperaturen wird angenommen, dass Quarks mit unterschiedlicher Farbladung sogenannte Cooper-Paare bilden, was zum Phänomen der Farbsupraleitung führt. Dies hat potentiell bedeutsame und nachprüfbare Auswirkungen auf die Physik von Neutronensternen, wie sie z.B. gegenwärtig durch Röntgensatelliten studiert wird. Die Parameter der Farbsupraleitung sind im Prinzip störungstheoretischen Methoden zugänglich und es war Ziel dieses Projektes, diese Methoden weiterzuentwickeln und einige ausstehende fundamentale Fragen zu beantworten. Ein wichtiger offener Punkt, der in diesem Projekt gelöst werden konnte, war der Nachweis der Unabhängigkeit der existierenden Resultate von unphysikalischen, sogenannten Eichfixierungs-Parametern. Ein zentraler Gegenstand dieses Projektes war ferner die Bestimmung der Eigenschaften dichter Quarkmaterie bei Temperaturen oberhalb der kritischen Temperatur von Farbsupraleitfähigkeit. In diesem Bereich gibt es starke Abweichungen vom Verhalten normaler Fermiflüssigkeiten, insbesondere eine anomal große spezifische Wärme und Neutrinoemissivität. Diese Effekte wurden erstmals quantitativ berechnet und die Resultate wurden auch bereits von anderen Forschern zur Bestimmung von Kühlkurven von Neutronensternen mit wesentlichem Quarkmaterieanteil verwendet. Darüberhinaus konnte die Systematik der relevanten analytischen Rechentechniken abgeklärt werden und damit die Basis für weitere Berechnungen der Eigenschaften von Quark-Gluon-Materie unter extremen Bedingungen gelegt werden.