Dense Matter in Compact Stars: A Pedagogical Introduction

هدف از این سخنرانی ها پرداختن به دو موضوع شدیداً مرتبط زیر است: • حالت پایه (و خواص آن) ماده متراکم (کوارک) چیست؟ • ترکیب ماده یک ستاره فشرده چیست؟ به منظور تحقق هدف اصلی خود - مختصر و قابل دسترس برای دانشجوی فارغ التحصیل مبتدی یا سایر تازه واردان به این رشته - تنها پیش نیازها دانش کاری مکانیک آماری و ترمودینامیک و همچنین اولین دوره در تئوری میدان کوانتومی است. با پیشرفت متن، مطالب پیشرفته‌تر معرفی می‌شود و یک پیوست عناصر اساسی نظریه میدان کوانتومی حرارتی در پتانسیل شیمیایی محدود را پوشش می‌دهد. به جای توسعه همه ابزارهای رسمی مرتبط (که حتی در رژیم QCD در اینجا به طور کامل امکان پذیر نیست)، محاسبات انگیزه فیزیکی دارند و خواننده را با "یادگیری از طریق انجام" با نظریه ها و نکات فنی آشنا می کنند. به این ترتیب این سخنرانی ها خواننده را برای تحقیقات بیشتر و تحقیقات نظری خود در این زمینه هیجان انگیز در رابط هسته، ذرات و اخترفیزیک راهنمایی و آماده می کند.

The purpose of these lectures is to address the following two strongly coupled issues: • What is the ground state (and its properties) of dense (quark) matter? • What is the matter composition of a compact star? In order to fulfill their primary goal - to remain both concise and accessible to the beginning graduate student or other newcomers to the field - the only prerequisites are a working knowledge of statistical mechanics and thermodynamics as well as a first course in quantum field theory. More advanced material will be introduced as the text progresses and an appendix covers basic elements of thermal quantum field theory at finite chemical potential. Instead of developing all relevant formal tools (which is not even fully possible in the regime of QCD considered here), calculations are physically motivated, making the reader familiar with the theories and technicalities by “learning by doing”. In this way these lectures will guide and prepare the reader towards further investigations and own theoretical research in this exciting field at the interface of nuclear, particle and astrophysics.