Карпенко В. О. Фазовi переходи у щiльних системах взаємодiючих бозе-частинок

Дисертаційна робота присвячена дослідженню фазових переходів і термодинамічних властивостей систем взаємодіючих бозонів, що складаються з частинок і античастинок за ненульових ізоспінових густин. У центрі уваги – -мезонні системи, які виступають природною моделлю для вивчення сильно взаємодіючої матерії при високих густинах і температурах, характерних для процесів у ранньому Всесвіті, нейтронних зірках і релятивістських зіткненнях важких іонів. Актуальність теми зумовлена потребою у глибшому розумінні фазової структури адронної матерії, зокрема поведінки мезонних систем при скінченних температурах та ізоспінових густинах. Піони, як найлегші адрони з ненульовим ізотопічним зарядом, є ідеальними об’єктами для вивчення явищ бозе-айнштайнівської конденсації в умовах сильної взаємодії. Теоретичні та експериментальні дослідження вказують, що за певних умов -мезони можуть формувати бозе-конденсат, який потенційно впливає на еволюцію густої адронної матерії. Метою роботи є побудова узгодженої термодинамічної моделі, здатної описати поведінку багатокомпонентної системи бозонів у широкому діапазоні температур і густин, з урахуванням відштовхувальних і притягальних взаємодій між частинками. Основними результатами роботи є наступні: • Розроблено самоузгоджену термодинамічну модель середнього поля для системи взаємодіючих -мезонів з урахуванням відштовхування та притягання, придатну для опису як бозе-конденсації, так і фазових переходів типу “рідина–газ”. • Розділено режими “слабкого” і “сильного” притягання між піонами, які визначають тип наявних фазових переходів: другий рід при слабкій взаємодії і перший рід при сильній. • Показано наявність в модельній системі з комбінації різного виду піонів наявність фазових переходів, які можуть зачіпати лише одну з компонент. • Описано “віртуальний” фазовий перехід другого роду без утворення параметра порядку. • Показано можливість утворення подвійного конденсату, і що подвійний конденсат частинок та античастинок існує за нульового хімічного потенціалу. • Побудовано узагальнені правила Максвелла і фазові діаграми системи, які враховують наявність конденсату та фазового переходу типу “рідина-газ”. • Обговорено межі застосовності канонічного і великого канонічного ансамблів, показано, що останній некоректний у фазі конденсату. • Запропоновано модифікацію моделі через додавання електричної взаємодії, оцінено вплив електричної взаємодії на термодинамічні характеристики системи. Хоча дослідження має теоретичний характер, його результати можуть бути застосовані для: • моделювання гарячої та густої адронної матерії у зіткненнях важких іонів (LHC, RHIC); • аналізу станів речовини в нейтронних зорях; • побудови космологічних моделей раннього Всесвіту; • подальшого розвитку ефективних теорій сильної взаємодії (QCD) на низьких енергіях. Робота сформувала послідовну теоретичну картину фазових переходів у системах взаємодіючих бозонів при ненульових ізоспінових густинах. Виявлені ефекти (подвійний конденсат, віртуальний перехід і специфіка поведінки ансамблів) становлять важливий внесок у статистичну фізику та теорію сильно взаємодіючої матерії. Розроблена модель може слугувати базою для подальших досліджень багатокомпонентних бозонних систем та їх застосувань у фізиці високих енергій і астрофізиці.