Medium evolution of a static quark-antiquark pair in the large Nc limit

We study the transitions between the different color states of a static quark-antiquark pair, singlet and octet, in a thermal medium. This is done non-perturbatively exploiting the infinite mass limit of QCD. This study is interesting because it can be used for future developments within the framework of Effective Field Theories (EFTs) and because it can be combined with other techniques, like lattice QCD or AdS/CFT, to gain non-perturbative information about the evolution of quarkonium in a medium. We also study the obtained expressions in the large Nc limit. This allows us to learn lessons that are useful to simplify phenomenological models of quarkonium in a plasma.

Real corrections to Higgs boson pair production at NNLO in the large top quark mass limit

In this paper we consider the next-to-next-to-leading order total cross section of Higgs boson pair production in the large top quark mass limit and compute four expansion terms in 1/$$ {m}_t^2 $$ m t 2 . To this end, we analytically compute the real-virtual and double-real contributions to the total cross section and combine them with the existing virtual contribution. Good convergence is observed below the top quark threshold, which makes our results a valuable input for approximation methods which aim for next-to-next-to-leading order corrections over the whole kinematic range. We present details on various steps of our calculation; in particular, we provide results for three- and four-particle phase-space master integrals and describe in detail the evaluation of the collinear counterterms.

Chiral dynamics with confinement versus the standard chiral theory

Chiral dynamics is investigated using the chiral confining Lagrangian (CCL), previously derived from QCD with confinement interaction. Based on the calculations of the quark condensate, which is defined entirely by confinement in the zero quark mass limit, one can assert that chiral symmetry breaking is predetermined by confinement. It is shown that CCL retains all basic relations of the standard chiral theory but enables one to include quark degrees of freedom in the CCL. The expansion of the CCL provides the Gell–Mann–Oakes–Renner (GMOR) relations and the masses and decay constants of all chiral mesons, including [Formula: see text]. For the latter, one needs to define a nonchiral component due to confinement, while the orthogonality condition defines the wave functions and the eigenvalues. The resulting masses and decay constants of all chiral mesons are obtained in good agreement with the experimental and lattice data.

Maximum baryon masses for static neutron stars in f(R) gravity

We investigate the upper mass limit predictions of the baryonic mass for static neutron stars in the context of f(R) gravity. We use the most popular f(R) gravity model, namely the R2gravity, and calculate the maximum baryon mass of static neutron stars adopting several realistic equations of state and one ideal equation of state, namely that of causal limit. Our motivation is based on the fact that neutron stars with baryon masses larger than the maximum mass for static neutron star configurations inevitably collapse to black holes. Thus with our analysis, we want further to enlighten the predictions for the maximum baryon masses of static neutron stars in R2gravity, which, in turn, further strengthens our understanding of the mysterious mass-gap region. As we show, the baryon masses of most of the equations of states studied in this paper, lie in the lower limits of the mass-gap region M ∼ 2.5 − 5M⊙, but intriguingly enough, the highest value of the maximum baryon masses we found is of the order of M ∼ 3M⊙. This upper mass limit also appears as a maximum static neutron star gravitational mass limit in other contexts. Combining the two results which refer to baryon and gravitational masses, we point out that the gravitational mass of static neutron stars cannot be larger than three solar masses, while based on maximum baryon masses results of the present work, we can conspicuously state that it is highly likely the lower mass limits of astrophysical black holes in the range of M ∼ 2.5 − 3M⊙. This, in turn, implies that maximum neutron star masses in the context of R2gravity are likely to be in the lower limits of the range of M ∼ 2.4 − 3M⊙.

Super-Chandrasekhar limiting mass white dwarfs as emergent phenomena of noncommutative squashed fuzzy spheres

The indirect evidence for at least a dozen massive white dwarfs (WDs) violating the Chandrasekhar mass limit is considered to be one of the wonderful discoveries in astronomy for more than a decade. Researchers have already proposed a diverse amount of models to explain this astounding phenomenon. However, each of these models always carries some drawbacks. On the other hand, noncommutative geometry is one of the best replicas of quantum gravity, which is yet to be proved from observations. Madore introduced the idea of a fuzzy sphere to describe a formalism of noncommutative geometry. This paper shows that the idea of a squashed fuzzy sphere can self-consistently explain the super-Chandrasekhar limiting mass WDs. We further show that the length scale beyond which the noncommutativity is prominent is an emergent phenomenon, and there is no prerequisite for an ad hoc length scale.

Λειτουργία καταλυτικών σωματιδιακών φίλτρων στο καυσαέριο βενζινοκινητήρων

Η τεχνολογία του σωματιδιακού φίλτρου μπορεί να χρησιμοποιηθεί με σκοπό τη μείωση των σωματιδιακών εκπομπών σε βενζινοκινητήρες. Η εμπειρία η οποία αποκτήθηκε από την επί δεκαετίες μελέτη και χρήση σωματιδιακών φίλτρων για πετρελαιοκινητήρες (DPFs), απέδειξε ότι η μαθηματική μοντελοποίηση των μηχανισμών φιλτραρίσματος, μεταφοράς και αντιδράσεων, μπορεί να διευκολύνει την εις βάθος κατανόηση και τη βελτιστοποίηση του σχεδιασμού και ελέγχου ενός συστήματος αντιρρύπανσης.Παρά το γεγονός ότι το σωματιδιακό φίλτρο για βενζινοκινητήρες (GPF), το οποίο ξεκίνησε να χρησιμοποιείται τα τελευταία χρόνια, βασίζεται στις ίδιες βασικές αρχές φιλτραρίσματος και αντιδράσεων, υπόκειται σε πολύ διαφορετικές συνθήκες λειτουργίας από ότι ένα DPF. Λόγω των πολύ χαμηλότερων σωματιδιακών εκπομπών ενός κινητήρα βενζίνης σε σύγκριση με έναν πετρελαιοκινητήρα, οι μηχανισμοί διήθησης βαθιάς κλίνης μέσα στο τοίχωμα, αποκτούν εξαιρετική σημασία. Οι συνθήκες αναγέννησης του GPF είναι επίσης εγγενώς διαφορετικές και ικανοποιούνται κατά βάση μόνο όταν η θερμοκρασία των καυσαερίων είναι αρκούντως υψηλή, κατά τη διάρκεια των περιοχών διακοπής της παροχής καυσίμου, όπου υπάρχει υψηλή διαθεσιμότητα Ο2. Επιπρόσθετα, η καταλυτική επίστρωση στην περίπτωση ενός καταλυτικού GPF (cGPF), μπορεί να επηρεάσει σημαντικά την απόδοση φιλτραρίσματος, την πτώση πίεσης και τη διαδικασία αναγέννησής του. Ως αποτέλεσμα, υπήρχε η ανάγκη μελέτης όλων των πτυχών της λειτουργίας του (c)GPF, σχεδόν από την αρχή. Σε αυτήν την εργασία παρουσιάζεται μια συστηματική πειραματική και υπολογιστική μεθοδολογία μοντελοποίησης, με στόχο την εις βάθος κατανόηση, την ποσοτικοποίηση και την εξήγηση των υποκείμενων μηχανισμών οι οποίοι λαμβάνουν χώρα σε ένα cGPF, καθώς και των αλληλεπιδράσεων των λειτουργιών GPF και TWC.Αρχικά παρουσιάζονται οι αέριες και στερεές εκπομπές ενός κινητήρα βενζίνης, τα σχετικά νομοθετημένα όρια, καθώς και οι θεμελιώδεις αρχές οι οποίες διέπουν τη λειτουργία των καταλυτικών σωματιδιακών φίλτρων. Στη συνέχεια, περιγράφονται οι μηχανισμοί φιλτραρίσματος και πτώσης πίεσης οι οποίοι λαμβάνουν χώρα σε ένα GPF σε αφόρτιστη και σωματιδιακά φορτισμένη κατάσταση, καθώς και οι μαθηματικές εξισώσεις οι οποίες χρησιμοποιούνται για τη μοντελοποίησή του. Έμφαση δίνεται στην κατανομή της ροής κατά μήκος των καναλιών εισόδου, εξόδου, καθώς και διαμέσου του τοιχώματος ενός αφόρτιστου ή σωματιδιακά φορτισμένου φίλτρου.Στη συνέχεια διερευνάται η επίδραση της θερμοκρασίας, της παροχής μάζας, της πυκνότητας των σωματιδίων, της δομής των καναλιών, της μικρο-δομής του τοιχώματος, της καταλυτικής επίστρωσης και της σωματιδιακής φόρτισης στην απόδοση φιλτραρίσματος και στην πτώση πίεσης, βάσει των πειραματικών αποτελεσμάτων δεκατριών διαφορετικών καταλυτικών και μη GPFs. Η επίπτωση μιας μη ομοιόμορφης αξονικής κατανομής της καταλυτικής επίστρωσης στην αξονική κατανομή της ροής και συνεπακόλουθα στην αξονική κατανομή της αιθάλης, εξετάζεται υπολογιστικά και επαληθεύεται μέσω πειραματικών αποτελεσμάτων της αξονικής σωματιδιακής συσσώρευσης. Έχοντας ρυθμίσει τις παραμέτρους διήθησης και διαπερατότητας ενός σημαντικού αριθμού υποστρωμάτων, προέκυψαν συσχετίσεις μεταξύ αυτών των παραμέτρων και της τοπικής ποσότητας καταλυτικής επίστρωσης του τοιχώματος. Τέτοιες συσχετίσεις μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως προγνωστικά εργαλεία, με σκοπό τη μείωση του σχετικού χρόνου και κόστους σχεδιασμού και ανάπτυξης συστημάτων αντιρρύπανσης.Στην περίπτωση καταλυτικών σωματιδιακών φίλτρων, οι μηχανισμοί των αντιδράσεων στο τοίχωμα επηρεάζονται από τους μηχανισμούς διάχυσης. Στα πλαίσια αυτής της εργασίας, παρουσιάζεται η καταλυτική δραστικότητα και οι περιορισμοί εσωτερικής διάχυσης δύο cGPFs και διερευνώνται οι αλληλεπιδράσεις οι οποίες πηγάζουν από την ενσωμάτωση των λειτουργιών TWC και GPF σε μοναδικό μονόλιθο. Αρχικά καταγράφονται οι καταλυτικές αντιδράσεις οι οποίες λαμβάνουν χώρα και ακολουθούν τα στοχευμένα πρωτόκολλα τα οποία χρησιμοποιήθηκαν για τον προσδιορισμό, τη ρύθμιση και την πιστοποίηση των σχετικών μηχανισμών. Η επίδραση της ανομοιόμορφης κατανομής της καταλυτικής επίστρωσης στην αξονική διεύθυνση και της σωματιδιακής συσσώρευσης στη μετατροπή των αερίων ρύπων, αξιολογείται μέσα από δύο υπολογιστικές διερευνήσεις.Όσον αφορά στην αναγέννηση του GPF, αναγνωρίζονται και συζητούνται όλοι οι πιθανοί (με O2, NO2, H2O και CO2) μηχανισμοί οξείδωσης της αιθάλης. Στη συνέχεια μελετάται η επίδραση της θερμοκρασίας και της συγκέντρωσης Ο2 στην οξείδωση της αιθάλης, καθώς και η σχετική διαδικασία παραμετροποίησης. Υπογραμμίζεται επίσης η καταλυτική επίδραση των μη ανθρακούχων συστατικών τέφρας στην οξείδωση της αιθάλης, καθώς και η αυξημένη σημασία αυτής για εφαρμογές βενζίνης έναντι εφαρμογών πετρελαίου.Τελικά, τα μοντέλα οξείδωσης αιθάλης, φιλτραρίσματος σωματιδίων, πτώσης πίεσης, αντιδράσεων TWC και διάχυσης αερίων στοιχείων πιστοποιούνται υπό τις έντονα μεταβαλλόμενες συνθήκες κύκλων οδήγησης, στους οποίους λαμβάνει ταυτόχρονα χώρα σωματιδιακή φόρτιση και οξείδωση αιθάλης. Χρησιμοποιώντας πειραματικά και υπολογιστικά αποτελέσματα, αναλύεται η επίδραση που έχει η τοποθέτηση του φίλτρου στην εξάτμιση (υποδαπέδια (Under-Floor, UF) ή κοντά στον κινητήρα (Close-Coupled, CC)) στην ικανότητα αναγέννησης και στην απόδοση φιλτραρίσματός του. Επιπρόσθετα, πραγματοποιείται υπολογιστική διερεύνηση αναφορικά με το ενδεχόμενο πιο αργής αναγέννησης ενός καταλυτικού έναντι ενός μη καταλυτικού GPF όμοιων χαρακτηριστικών, εξαιτίας του μηχανισμού της εμπρόσθιας διάχυσης O2 από το σχηματισμένο στρώμα αιθάλης προς το καταλυτικό τοίχωμα.Στα πλαίσια αυτής της εργασίας, πέρα από μη καταλυτικά και συμβατικά επικαλυμμένα τοιχώματα, μελετάται και η απόδοση μιας καινοτόμου τεχνολογίας, στην οποία το μεγαλύτερο τμήμα της καταλυτικής επίστρωσης είναι τοποθετημένο πάνω στην επιφάνεια του τοιχώματος. Συγκρίνοντας αυτήν την τεχνολογία με συμβατικά GPFs ίδιας γεωμετρίας και δομής καναλιών υπό σταθερές αλλά και έντονα μεταβαλλόμενες συνθήκες, καθίσταται εμφανής η υψηλή απόδοση φιλτραρίσματος και η ταυτόχρονα πολύ χαμηλή πτώση πίεσής της.Επιπλέον, εξετάζεται η επίδραση της συσσώρευσης τέφρας και των σχετικών τρόπων εναπόθεσής της (τέφρα τοιχώματος, στρώματος και βύσματος) στην απόδοση ενός σωματιδιακού φίλτρου, αξιοποιώντας τόσο πειραματικά όσο και υπολογιστικά αποτελέσματα. Αρχικά παρουσιάζονται οι φυσικοί μηχανισμοί οι οποίοι λαμβάνουν χώρα, μαζί με τα μαθηματικά μοντέλα τα οποία αναπτύχθηκαν για την πρόβλεψη της συσσώρευσης, συσσωμάτωσης και μεταφοράς τέφρας. Έπειτα, τα μοντέλα ρυθμίζονται βάσει πειραματικών δεδομένων πτώσης πίεσης, φιλτραρίσματος και μήκους τέφρας βύσματος. Τέλος, διενεργούνται δύο υπολογιστικές διερευνήσεις, προκειμένου να εξεταστεί η επίδραση της κατανομής της τέφρας ως προς την ικανότητα μετατροπής των αερίων ρύπων και ως προς τη μέγιστη αποδεκτή φόρτιση του τοιχώματος με αιθάλη (Soot Mass Limit, SML).Δεδομένης της πολυπλοκότητας και του απαιτούμενου χρόνου και κόστους για την πραγματοποίηση πειραματικών μελετών, υπογραμμίζεται η μεγάλη σημασία της ανάπτυξης και χρήσης σχετικών μαθηματικών μοντέλων. Στην προκειμένη περίπτωση, όλα τα αποτελέσματα της εργασίας υποστηρίχθηκαν από τα μαθηματικά μοντέλα των εμπορικών λογισμικών axisuite® και exothermia-suite®.

Boson stars and solitons confined in a Minkowski box

We consider the static charged black hole bomb system, originally designed for a (uncharged) rotating superradiant system by Press and Teukolsky. A charged scalar field confined in a Minkowski cavity with a Maxwell gauge field has a quantized spectrum of normal modes that can fit inside the box. Back-reacting non-linearly these normal modes, we find the hairy solitons, a.k.a boson stars (depending on the chosen U(1) gauge), of the theory. The scalar condensate is totally confined inside the box and, outside it, we have the Reissner-Nordström solution. The Israel junction conditions at the box surface layer determine the stress tensor that the box must have to confine the scalar hair. Some of these horizonless hairy solutions exist for any value of the scalar field charge and not only above the natural critical charges of the theory (namely, the critical charges for the onset of the near-horizon and superradiant instabilities of the Reissner-Nordström black hole). However, the ground state solutions have a non-trivial intricate phase diagram with a main and a secondary family of solitons (some with a Chandrasekhar mass limit but others without) and there are a third and a fourth critical scalar field charges where the soliton spectra changes radically. Most of these intricate properties are not captured by a higher order perturbative analysis of the problem where we simply back-react a normal mode of the system.

Significantly super-Chandrasekhar mass-limit of white dwarfs in noncommutative geometry

Chandrasekhar made the startling discovery about nine decades back that the mass of compact object white dwarf has a limiting value once nuclear fusion reactions stop therein. This is the Chandrasekhar mass-limit, which is [Formula: see text] for a nonrotating non-magnetized white dwarf. On approaching this limiting mass, a white dwarf is believed to spark off with an explosion called type Ia supernova, which is considered to be a standard candle. However, observations of several over-luminous, peculiar type Ia supernovae indicate the Chandrasekhar mass-limit to be significantly larger. By considering noncommutativity among the components of position and momentum variables, hence uncertainty in their measurements, at the quantum scales, we show that the mass of white dwarfs could be significantly super-Chandrasekhar and thereby arrive at a new mass-limit [Formula: see text], explaining a possible origin of over-luminous peculiar type Ia supernovae. The idea of noncommutativity, apart from the Heisenberg’s uncertainty principle, is there for quite sometime, without any observational proof however. Our finding offers a plausible astrophysical evidence of noncommutativity, arguing for a possible second standard candle, which has many far-reaching implications.