A bajas temperaturas y alta densidad bariónica, la ecuación de estado de la materia densa no se puede calcular directamente a partir de la cromodinámica cuántica debido al problema del signo de los fermiones. Por ello se utilizan modelos efectivos que incorporan las simetrías de la QCD y reproducen las restricciones conocidas. En este enfoque, es necesario considerar tres cargas conservadas: número bariónico, extrañeza y carga eléctrica, lo que conduce a un espacio tridimensional de potenciales químicos. El trabajo se sitúa en la intersección de las investigaciones sobre materia de quarks, kilonovas y magnetares; los trabajos vecinos estudian la superconductividad de color, las transiciones de fase en estrellas de neutrones y los puntos críticos cuánticos. Este artículo se distingue porque, por primera vez, dentro de un modelo unificado con el octete bariónico completo, decuplete y quarks, demuestra la coexistencia de tres puntos críticos.
Se utilizó el modelo de campo medio quiral CMF++, una versión abierta desarrollada por la colaboración MUSES. El modelo incluye simetría quiral, el octete bariónico completo, el decuplete y quarks. La ecuación de estado se calcula en un espacio de parámetros de cuatro dimensiones: temperatura, potenciales químicos bariónico, extraño y eléctrico. Para identificar soluciones estables, metaestables e inestables se utiliza la definición positiva de la matriz hessiana. Las transiciones de fase se identifican por discontinuidades en las magnitudes termodinámicas, y los puntos críticos por picos en la susceptibilidad bariónica normalizada. Los cálculos se realizaron para un conjunto específico de constantes de acoplamiento C3.
A temperatura cero se encuentran tres fases: hadrónica ligera (principalmente nucleones), de quarks y una fase dominada por la extrañeza (principalmente hiperones Ξ-, Σ- y sus resonancias). La transición a la fase extraña va acompañada de un cambio brusco en la composición: la fracción de extrañeza Y_S ≈ −1, y la asimetría de isospín δ_I cae por debajo de 0.25. A temperatura finita, cada transición de primer orden termina en un punto crítico. Para la transición extraña, la temperatura crítica T_c ≈ 40 MeV y el potencial químico bariónico μ_Bc ≈ 1345 MeV. La línea de desconfinamiento se curva hacia valores menores de μ_B a bajas temperaturas, lo que es opuesto al comportamiento estándar. La transición líquido-gas no depende de la existencia del punto crítico extraño.
El trabajo muestra que en la materia nuclear densa puede existir un tercer tipo de transición de fase, no observado antes en este contexto: la transición dominada por la extrañeza. A diferencia de estudios vecinos, donde las inestabilidades hiperónicas se consideraban de forma aislada o en modelos más simples, aquí se obtienen en un modelo autoconsistente unificado con quarks y el octete completo. Esta es la primera demostración de tres puntos críticos en un mismo diagrama de fases CMF. El resultado es importante para comprender la composición de las regiones internas de las estrellas de neutrones y la dinámica de sus fusiones.
Es necesario verificar la estabilidad de la fase extraña para un conjunto más amplio de parametrizaciones del CMF, ya que su existencia depende fuertemente de las constantes de acoplamiento. Una cuestión abierta es cómo la interacción de la transición extraña con el desconfinamiento afecta las trayectorias en el espacio de potenciales químicos en condiciones reales de colisiones de iones pesados y fusiones de estrellas de neutrones. Se planea investigar la posibilidad de que aparezca la fase extraña en colisiones de baja energía.
Los resultados pueden influir en la interpretación de los datos de colisiones de iones pesados y en el modelado de fusiones de estrellas de neutrones, incluidos los cálculos de ondas gravitacionales.
Realizar un análisis de estabilidad de la fase extraña para diferentes parametrizaciones del CMF y estudiar sus manifestaciones en simulaciones numéricas de fusiones de estrellas de neutrones, teniendo en cuenta desviaciones del equilibrio electrodébil.
El trabajo está directamente relacionado con el problema no resuelto de la ecuación de estado de la materia nuclear superdensa y con la cuestión de qué grados de libertad (hadrones, hiperones, quarks) se realizan en el interior de las estrellas de neutrones. La existencia de la fase extraña podría resolver la contradicción entre la suavidad de la ecuación de estado debida a los hiperones y las masas observadas de estrellas de neutrones de alrededor de dos masas solares.
La temperatura crítica de la transición extraña, unos 40 MeV, corresponde aproximadamente a 460 mil millones de kelvin, decenas de miles de veces más caliente que el centro del Sol.
En la novela 'Esquismatrix' de Bruce Sterling se describen criaturas inteligentes que viven en las condiciones extremas de las estrellas de neutrones. Transiciones de fase como las aquí consideradas podrían delimitar las fronteras de su mundo.