Liquid-gas mixed phase in nuclear matter at finite temperature

有限温度の原子核物質の液相気相混合相

丸山 敏毅  ; 巽 敏隆*

Maruyama, Toshiki; Tatsumi, Toshitaka*

低密度原子核物質では、液相気相相転移における混合相としてパスタ構造と呼ばれる奇妙な形を持った物質が予想されているが、それは単に興味深いだけでなく天体の構造や性質に関して重要となる。今回、相対論的平均場理論に基づく数値計算によってこのパスタ構造と系の状態方程式を無撞着に計算した。陽子と中性子の割合が等しい対称核物質においては混合相の状態方程式がMaxwell構成法によるものとほぼ等しいことがわかった。一方、陽子含有率が小さな物質(非対称核物質)では、Maxwell構成法は適用できず、Gibbs条件をフルに解かなくてはいけないことがわかった。この原因を調べたところ、対称核物質では液相,気相ともに成分はほぼ等しく、一成分系の相転移で理解できるのに対し、非対称核物質では相によって成分比が大きく異なり、多成分系の特徴が現れるためであることがわかった。

Liquid-gas (LG) phase transition and the relevant equation of state (EOS) is one of the most important subjects in nuclear physics and astrophysics. In the crust region of compact stars or supernovae we can expect non-uniform matter with exotic shapes called pasta as a mixed phase during the liquid-gas phase transition. It is not only interesting theoretically but may affect the mechanical and thermodynamical properties of compact stars. We explore the geometrical structure of LG mixed phase by using relativistic mean-field model. To get the EOS of the system, the Maxwell construction is found to be applicable to symmetric nuclear matter, where protons and neutrons behave simultaneously. For asymmetric nuclear matter, on the other hand, the phase equilibrium is obtained by fully solving the Gibbs conditions since the components in the L and G phases are completely different. We also discuss the effects of surface and the Coulomb interaction on the mixed phase.