Magnetized nuclear matter

Abstract

Auf Grund von magnetischer Katalyse verstärkt ein magnetisches Feld das chirale Kondensat, wodurch erwartet werden kann, dass auch die Vakuummasse der Nukleonen erhöht wird. In dieser Arbeit wird gezeigt, dass es möglich ist, magnetische Katalyse in effektiven Modellen für dichte Kernmaterie zu berücksichtigen. Um den Einfluss auf den Übergang von Vakuum zu Kernmaterie zu berechnen kommen zwei relativistische, feldtheoretische Modelle zum Einsatz, das Walecka Modell und ein erweitertes, lineares sigma Modell. In beiden Fällen kann gezeigt werden, dass die Erzeugung von Kernmaterie bei genügend großen intergrundfeldern durch die größere Masse der magnetisierten Nukleonen energetisch schwieriger wird, obwohl auch die Bindungsenergie durch das Magnetfeld erhöht wird. Diese Resultate stehen mit einer korrekten Renormalisierung in Anwesenheit von konstanten Magnetfeldern in Zusammenhang, die daher in dieser Arbeit hergeleited wird. Diese Ergebnisse sind potentiell wichtig für dichte Kernmaterie in kompakten Sternen, im Besonderen da vorhergehende astrophysikalische Studien den Effekt der magnetischen Katalyse stets ignoriert haben.

Due to magnetic catalysis, a strong magnetic field enhances the chiral condensate and thus might also increase the vacuum mass of nucleons. In this thesis it is shown that magnetic catalysis can be incorporated into effective models for dense nuclear matter. In order to discuss the resulting effect on the transition between vacuum and nuclear matter, i.e. the baryon onset of nuclear matter, two relativistic field-theoretical models are applied, the Walecka model and an extended linear sigma model. In both models it can be shown that at sufficiently large magnetic fields, the creation of nuclear matter becomes energetically more costly due to the heaviness of the magnetized nucleons, although the binding energy is also found to be increased by the magnetic field. These results are connected to the correct renormalization in the presence of magnetic fields, which is derived in this thesis. They are potentially important for dense nuclear matter in compact stars, especially since previous studies in the astrophysical context always ignored the effect of magnetic catalysis.