Di-neutrones en materia neutrónica basados en fuerzas de dos y tres cuerpos

Abstract

El estudio de propiedades de muchos cuerpos en materia nuclear ha sido de gran importancia en las últimas décadas. En particular, la materia nuclear rica en neutrones ha cobrado particular interés debido a su importancia en la física de núcleos exóticos y de estrellas de neutrones. Estos estudios han permitido explorar dominios desconocidos de las interacciones nucleares. En contraste, la materia nuclear simétrica es mejor conocida. Sin embargo una explicación teórica satisfactoria de su punto de saturación constituye aún un tema abierto. Dentro de las últimas tendencias ha cobrado protagonismo la inclusión de fuerzas de tres cuerpos en materia nuclear, a fin de mejorar la descripción de su punto de saturación. Por otra parte, si bien el deuterón (par protón-neutrón) es el único estado ligado de dos nucleones en el vacío, la presencia de campos en el medio nuclear permite la formación de estados ligados en forma de di-neutrones. La inclusión de tales efectos en materia nuclear ha sido reportada sólo recientemente. El principal objetivo de este Trabajo de Tesis es el de obtener una ecuación de estado para materia nuclear basado en potenciales internucleones realistas, vale decir, aquellos que dan cuenta de propiedades observadas en sistemas de dos nucleones en el vacío. Para tal efecto se ha calculado la energía de ligazón de materia nuclear simétrica y neutrónica, a temperatura cero, dentro de la aproximación de Brueckner-Hartree-Fock. El esquema da cuenta en forma explícita de la formación de di-nucleones en el medio. Para la descripción de la interacción inter-nucleón se han utilizado: el potencial Argonne v18; y el potencial quiral N3LO con fuerzas de dos y tres cuerpos hasta N2LO. El formalismo nos ha permitido caracterizar la formación de di-neutrones en materia neutrónica, obteniendo funciones de onda de los estados ligados y sus energías de ligazón correspondientes. Además, se han identificado estados superfluidos mediante la resolución de las ecuaciones de Bardeen-Cooper-Schrieffer en materia neutrónica, en los canales 1S0 y 3PF2 . La ecuación de estado obtenida para materia nuclear ha sido aplicada al estudio de la estabilidad de estrellas de neutrones, para lo cual se ha resuelto la ecuación de Tolman-Oppenheimer-Volkoff en estrellas no rotantes en equilibrio hidrostático. La relación masa vs radio de estrellas de neutrones obtenidas resultan consistentes con otros trabajos. Se logró obtener una masa máxima de 1.9 masas solares, sin poder alcanzar las 2.01 masas solares del pulsar J0348+0432, la estrella de neutrones con mayor masa observada. Además, se ha estudiado el enfriamiento de estrellas de neutrones resolviendo las ecuaciones de evolución térmica, incorporando efectos de superfluidez de neutrones en los canales 1S0 y 3PF2 . Las curvas de enfriamiento resultan consistentes con las observaciones.