Baryonic Vortex Phase and Magnetic Field Generation in QCD with Isospin and Baryon Chemical Potentials
Abstract: We propose a novel baryonic vortex phase in low energy dense QCD with finite baryon and isospin chemical potentials. It is known that the homogeneous charged pion condensate emerges as a ground state at finite isospin chemical potential, and therein arises the Abrikosov vortex lattice with an applied magnetic field. We first demonstrate that a vortex with the same quantized magnetic flux as the conventional Abrikosov vortex, carries a baryon number captured by the third homotopy group of Skyrmions, once we take into account a modulation of the neutral pion inside the vortex core. Such a vortex-Skyrmion state is therefore dubbed the baryonic vortex. We further reveal that when the baryon chemical potential is above a critical value, the baryonic vortex has negative tension measured from the charged pion condensation. It implies that the phase, in which such vortices emerge spontaneously without an external magnetic field, would take over the ground state at high baryon density. Such a new phase contributes to the comprehension of QCD phase diagram and relates to the generation of magnetic fields inside neutron stars.
- C. Schmidt and S. Sharma, J. Phys. G 44, 104002 (2017), arXiv:1701.04707 [hep-lat] .
- C. S. Fischer, Prog. Part. Nucl. Phys. 105, 1 (2019), arXiv:1810.12938 [hep-ph] .
- A. Rothkopf, Phys. Rept. 858, 1 (2020), arXiv:1912.02253 [hep-ph] .
- J. N. Guenther, Eur. Phys. J. A 57, 136 (2021), arXiv:2010.15503 [hep-lat] .
- V. V. Braguta, Symmetry 15, 1466 (2023).
- J. Gasser and H. Leutwyler, Annals Phys. 158, 142 (1984).
- S. Scherer, Adv. Nucl. Phys. 27, 277 (2003), arXiv:hep-ph/0210398 .
- J. Goldstone and F. Wilczek, Phys. Rev. Lett. 47, 986 (1981).
- E. Witten, Nucl. Phys. B 223, 422 (1983).
- D. E. Kharzeev, Ann. Rev. Nucl. Part. Sci. 65, 193 (2015), arXiv:1501.01336 [hep-ph] .
- V. A. Miransky and I. A. Shovkovy, Phys. Rept. 576, 1 (2015), arXiv:1503.00732 [hep-ph] .
- A. Yamamoto, Eur. Phys. J. A 57, 211 (2021), arXiv:2103.00237 [hep-lat] .
- G. Cao, Eur. Phys. J. A 57, 264 (2021), arXiv:2103.00456 [hep-ph] .
- K. G. Klimenko, Teor. Mat. Fiz. 89, 211 (1991).
- R. C. Duncan and C. Thompson, Astrophys. J. Lett. 392, L9 (1992).
- V. M. Kaspi and A. Beloborodov, Ann. Rev. Astron. Astrophys. 55, 261 (2017), arXiv:1703.00068 [astro-ph.HE] .
- E. V. Shuryak, Phys. Lett. B 78, 150 (1978).
- L. McLerran and V. Skokov, Nucl. Phys. A 929, 184 (2014), arXiv:1305.0774 [hep-ph] .
- E. Nakano and T. Tatsumi, Phys. Rev. D 71, 114006 (2005), arXiv:hep-ph/0411350 .
- D. T. Son and M. A. Stephanov, Phys. Rev. D 77, 014021 (2008), arXiv:0710.1084 [hep-ph] .
- T. Brauner and N. Yamamoto, JHEP 04, 132 (2017), arXiv:1609.05213 [hep-ph] .
- T. Brauner, PoS Confinement2018, 201 (2018).
- K. Nishimura and N. Yamamoto, JHEP 07, 196 (2020), arXiv:2003.13945 [hep-ph] .
- G. H. Derrick, J. Math. Phys. 5, 1252 (1964).
- T. H. R. Skyrme, Proc. Roy. Soc. Lond. A 260, 127 (1961).
- I. Zahed and G. E. Brown, Phys. Rept. 142, 1 (1986).
- M. Nitta, Phys. Rev. D 87, 025013 (2013a), arXiv:1210.2233 [hep-th] .
- M. Nitta, Nucl. Phys. B 872, 62 (2013b), arXiv:1211.4916 [hep-th] .
- S. B. Gudnason and M. Nitta, Phys. Rev. D 89, 085022 (2014a), arXiv:1403.1245 [hep-th] .
- S. B. Gudnason and M. Nitta, Phys. Rev. D 90, 085007 (2014b), arXiv:1407.7210 [hep-th] .
- Z. Qiu and M. Nitta, JHEP 05, 170 (2023), arXiv:2304.05089 [hep-ph] .
- A. B. Migdal, Rev. Mod. Phys. 50, 107 (1978).
- D. T. Son and M. A. Stephanov, Phys. Rev. Lett. 86, 592 (2001), arXiv:hep-ph/0005225 .
- J. B. Kogut and D. K. Sinclair, Phys. Rev. D 66, 014508 (2002a), arXiv:hep-lat/0201017 .
- J. B. Kogut and D. K. Sinclair, Phys. Rev. D 66, 034505 (2002b), arXiv:hep-lat/0202028 .
- J. B. Kogut and D. K. Sinclair, Phys. Rev. D 70, 094501 (2004), arXiv:hep-lat/0407027 .
- D. Adhikari et al. (PREX), Phys. Rev. Lett. 126, 172502 (2021), arXiv:2102.10767 [nucl-ex] .
- P. Adhikari, Phys. Lett. B 790, 211 (2019), arXiv:1810.03663 [nucl-th] .
- M. S. Grønli and T. Brauner, Eur. Phys. J. C 82, 354 (2022), arXiv:2201.07065 [hep-ph] .
- G. W. Evans and A. Schmitt, JHEP 09, 192 (2022), arXiv:2206.01227 [hep-th] .
- G. W. Evans and A. Schmitt, JHEP 2024, 041 (2024), arXiv:2311.03880 [hep-th] .
- S. B. Gudnason and M. Nitta, Phys. Rev. D 91, 045027 (2015), arXiv:1410.8407 [hep-th] .
- S. B. Gudnason and M. Nitta, Phys. Rev. D 94, 025008 (2016), arXiv:1606.00336 [hep-th] .
- M. Nitta, JHEP 08, 063 (2015), arXiv:1503.06336 [hep-th] .
- D. Harland and R. S. Ward, JHEP 12, 093 (2008), arXiv:0807.3870 [hep-th] .
Paper Prompts
Sign up for free to create and run prompts on this paper using GPT-5.
Top Community Prompts
Collections
Sign up for free to add this paper to one or more collections.