超越相对论平均场理论的热密物质

在量子强子动力学框架内，通过包含核子间同位标量与同位矢量介子交换产生的双圈（TL）图贡献，计算了热密物质的性质。我们对平均场理论（MFT）的扩展采用相同的五个与密度无关的耦合强度，这些强度利用同位旋对称物质平衡密度处的经验性质进行校准。比较了在涉及致密天体的天体物理应用中遇到的密度、温度和质子分数条件下，MFT 与 TL 近似的计算结果。对于亚核和近核密度的冷纯中子物质，TL 的状态方程（EOS）结果与现代量子蒙特卡洛和有效场论方法吻合良好。尽管 TL 近似下中子星物质的高密度 EOS 比其 MFT 对应物明显更软，但它能够支撑近期精确测定所要求的 $2M_\odot$ 中子星。此外，$1.4M_\odot$ 星的半径比 MFT 所得小约 $\sim 1$ km。与 MFT 不同，TL 结果也更好地解释了由中能质子-核与重离子实验分析提取的单粒子或光学势。在简并条件下，热变量很好地由朗道费米液体理论的结果再现，其中密度依赖的有效质量起显著作用。在天体物理模拟中常用的、表示为 $\Gamma_{th}=1+(P_{th}/\epsilon_{th})$ 的压力与能量密度的热分量之比，在 MFT 和 TL 计算中均表现出比依赖于质子分数和温度更强的密度依赖性。然而，在 MFT 中发现的核密度以上 $\Gamma_{th}$ 的突出峰值在 TL 计算中被抑制。