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Challenge to the neutron star hyperon problem based on the lattice QCD numerical calculation

Research Project

Project/Area Number 18K03628
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 15010:Theoretical studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics
Research InstitutionNihon University

Principal Investigator

井上 貴史  日本大学, 生物資源科学部, 教授 (80407353)

Project Period (FY) 2018-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2022: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2021: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2020: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2019: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2018: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Keywords中性子星 / ハイペロン / 量子色力学 / 格子場の理論 / バリオン間力 / 離散化誤差 / 状態方程式 / 化学ポテンシャル / 格子QCD
Outline of Annual Research Achievements

本研究課題は、中性子星のハイペロン問題に、基礎理論である QCD の数値計算に基づいて挑戦するものである。すなわち、中性子星の核にハイペロンは存在するのか否か、もし存在するのであれば、太陽質量の2倍を越える中性子星はどの様に支えられているのか、もし存在しないのであれば、自然な予想に反して超高密度物質のなかにハイペロンが混ざらないのは何故なのか、を明らかにしようとしている。ここで、ハイペロンとはストレンジネスを持ったバリオン(陽子や中性子の仲間)であり、Λ,Σ,Ξ粒子などが存在する。この問題を解く鍵はハイペロンと核子の相互作用である。ハイペロンの相互作用は実験的な情報が乏しいので、本課題では大規模な格子 QCD の数値計算を実施し、基礎理論から導出した。この部分は研究協力者を含めた共同研究グループ HALQCD の下で行った。この相互作用を引き出すには、我々が独自に開発した強力な手法 HALQCD 法を用いている。2021年、ドイツの研究グループから、HALQCD 法で引き出した相互作用が用いた格子の間隔に強く依存する、と指摘する論文が出版された。その指摘に対応するため、 実際に格子間隔を変えた HALQCD 法で相互作用を引き出して比較する検証を開始した。この検証には、クォーク質量は同じだが格子間隔は異なるゲージ配位の集合が、2つないし3つ必要である。本年度は、理研 R-CCS の大型計算機「富岳」を用いて、その様なゲージ配位の生成を行い、続いて相互作用の引き出しを行った。その結果、格子間隔への依存性が無視できない事が判明した。この結果を日本物理学会2024年春季大会にて発表した。現在はさらなる検証を行っている。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

本研究は中性子星のハイペロン問題を基礎理論から解明する事を目指しているが、実績の欄で述べた様に、他研究グループからの指摘を受けて、本研究の基盤として用いている独自に開発した方法の検証が必要になった。これは計画の段階では予定しなかった事であり、その意味で、計画と比べて遅れが発生していると言える。また、今年度は昨年度までの新型コロナ感染症による出張自粛の影響が引き続きあり、共同研究者との対面での打ち合わせが十分にできなかった。

Strategy for Future Research Activity

本研究は中性子星のハイペロン問題を基礎理論から解明する事を目指しているが、実績の欄で述べた様に、他研究グループからの指摘を受けて、本研究の基盤として用いている独自に開発した方法の検証が必要になり、予定を変更してこれに取り組んだ。具体的には、基礎理論から引き出したハドロン間相互作用が用いた格子の間隔に強く依存するか、の検証を行った。その結果、依存性が無視できない事が判明した。今後は、まず、依存性の程度の確定を急ぎたい。そして対応策の構築へと繋げたい。具体的には、これらを目標に、ゲージ配位の生成と相互作用の引き出しを理研 R-CCS の富岳を用いて進める。この研究の成果は他の格子 QCD 計算への影響も大きく非常に重要なので、仮に、この追加研究で研究期間が終ってしまい当初の目標が達成できなかったとしても、十分に意義のある計画変更であると考えている。

Report

(6 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report
  • 2018 Research-status Report
  • Research Products

    (33 results)

All 2024 2023 2022 2021 2020 2019 2018 Other

All Journal Article (18 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 17 results,  Open Access: 9 results) Presentation (13 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Invited: 4 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] Coupled-channel Lambda_c K^+ - p D_s interaction in the flavor SU(3) limit of lattice QCD2024

    • Author(s)
      Faisal Etminan, Kenji Sasaki, and Takashi Inoue
    • Journal Title

      Physical Review D

      Volume: 109 Issue: 7 Pages: 074506-074506

    • DOI

      10.1103/physrevd.109.074506

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Influence of Discretization Error on the HAL QCD Baryon Forces2024

    • Author(s)
      Takashi Inoue, HAL QCD Collaboration
    • Journal Title

      Few-Body Systems

      Volume: 65 Issue: 2 Pages: 34-34

    • DOI

      10.1007/s00601-024-01908-2

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Lattice study on a tetraquark state Tbb in the HAL QCD method2023

    • Author(s)
      Takafumi Aoki, Sinya Aoki, and Takashi Inoue
    • Journal Title

      Physical Review D

      Volume: 108, Issue: 5 Pages: 054502-054502

    • DOI

      10.1103/physrevd.108.054502

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Baryon Interactions from QCD on Lattice2021

    • Author(s)
      T. Inoue, and HAL QCD Collaboration
    • Journal Title

      Few-Body Syst.

      Volume: 62 Issue: 4 Pages: 106-106

    • DOI

      10.1007/s00601-021-01685-2

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      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Study of Ξ^- -atom based on the ΞN interaction from QCD on lattice2020

    • Author(s)
      Takashi Inoue and HAL QCD Collaboration
    • Journal Title

      Journal of Physics: Conference Series

      Volume: 1643 Issue: 1 Pages: 012171-012171

    • DOI

      10.1088/1742-6596/1643/1/012171

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      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Baryon-baryon interactions at short distances -- constituent quark model meets lattice QCD2020

    • Author(s)
      Aaron Park, Su Houng Lee, Takashi Inoue, Tetsuo Hatsuda
    • Journal Title

      The European Physical Journal

      Volume: A56 Issue: 3 Pages: 93-93

    • DOI

      10.1140/epja/s10050-020-00078-z

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      2019 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Lamda-Lamda and N-Xi interactions from Lattice QCD near the physical point2020

    • Author(s)
      Kenji Sasaki, Sinya Aoki, Takumi Doi, Shinya Gongyo, Tetsuo Hatsuda, Yoichi Ikeda, Takashi Inoue, Takumi Iritani, Noriyoshi Ishii, Keiko Murano, Takaya Miyamoto
    • Journal Title

      Nuclear Physics

      Volume: A998 Pages: 121737-121737

    • DOI

      10.1016/j.nuclphysa.2020.121737

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      2019 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Fully Coupled-Channel Study of K-pp Resonance2019

    • Author(s)
      Akinobu Dote, Takashi Inoue, and Takayuki Myo
    • Journal Title

      JPS Conference Proceedings

      Volume: 26 Pages: 023010-023010

    • DOI

      10.7566/jpscp.26.023010

    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Hyperon Forces from QCD and Their Applications2019

    • Author(s)
      Takashi Inoue for HAL QCD Collaboration
    • Journal Title

      JPS Conference Proceedings

      Volume: 26 Pages: 023018-023018

    • DOI

      10.7566/jpscp.26.023018

    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Fully coupled-channel study of K- pp resonance in a chiral SU(3)-based Kbar N potential2019

    • Author(s)
      Akinobu Dote Takashi Inoue, and Takayuki Myo
    • Journal Title

      AIP Conference Proceedings

      Volume: 2130 Pages: 020018-020018

    • DOI

      10.1063/1.5118386

    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Strange nuclear physics from QCD on lattice2019

    • Author(s)
      Takashi Inoue for HAL QCD Collaboration
    • Journal Title

      AIP Conference Proceedings

      Volume: 2130 Pages: 020002-020002

    • DOI

      10.1063/1.5118370

    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 格子QCDによるYN相互作用2019

    • Author(s)
      井上貴史
    • Journal Title

      素粒子論研究

      Volume: 30-1 Pages: 43-49

    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Journal Article] Systematics of the HAL QCD potential at low energies in lattice QCD2019

    • Author(s)
      Iritani Takumi、Aoki Sinya、Doi Takumi、Gongyo Shinya、Hatsuda Tetsuo、Ikeda Yoichi、Inoue Takashi、Ishii Noriyoshi、Nemura Hidekatsu、Sasaki Kenji、HAL QCD Collaboration
    • Journal Title

      Physical Review D

      Volume: 99 Issue: 1 Pages: 1-13

    • DOI

      10.1103/physrevd.99.014514

    • NAID

      120006826697

    • Related Report
      2018 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Consistency between L?scher’s finite volume method and HAL QCD method for two-baryon systems in lattice QCD2019

    • Author(s)
      Iritani Takumi、The HAL QCD collaboration、Aoki Sinya、Doi Takumi、Hatsuda Tetsuo、Ikeda Yoichi、Inoue Takashi、Ishii Noriyoshi、Nemura Hidekatsu、Sasaki Kenji
    • Journal Title

      Journal of High Energy Physics

      Volume: 2019 Issue: 3 Pages: 1-31

    • DOI

      10.1007/jhep03(2019)007

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      2018 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Λc N interaction from lattice QCD and its application to Λc hypernuclei2018

    • Author(s)
      T. Miyamoto, S. Aoki, T. Doi, S. Gongyo, T. Hatsuda, Y. Ikeda, T. Inoue, T. Iritani, N. Ishii, D. Kawai, K. Murano, H. Nemura and K. Sasaki (HAL QCD Collaboration)
    • Journal Title

      Nucl. Phys. A

      Volume: 971 Pages: 113-113

    • DOI

      10.1016/j.nuclphysa.2018.01.015

    • Related Report
      2018 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] $I=2$ $\pi\pi$ scattering phase shift from the HAL QCD method with the LapH smearing2018

    • Author(s)
      Daisuke Kawai, Sinya Aoki, Takumi Doi, Yoichi Ikeda, Takashi Inoue, Takumi Iritani, Noriyoshi Ishii, Takaya Miyamoto, Hidekatsu Nemura, Kenji Sasaki
    • Journal Title

      Progress of Theoretical and Experimental Physics

      Volume: 2018 Issue: 4 Pages: 1-19

    • DOI

      10.1093/ptep/pty032

    • Related Report
      2018 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Most Strange Dibaryon from Lattice QCD2018

    • Author(s)
      Gongyo Shinya、Sasaki Kenji、Aoki Sinya、Doi Takumi、Hatsuda Tetsuo、Ikeda Yoichi、Inoue Takashi、Iritani Takumi、Ishii Noriyoshi、Miyamoto Takaya、Nemura Hidekatsu、HAL QCD Collaboration
    • Journal Title

      Physical Review Letters

      Volume: 120 Issue: 21 Pages: 1-6

    • DOI

      10.1103/physrevlett.120.212001

    • NAID

      120006471160

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      2018 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Fully coupled-channel study of K-pp resonance in a chiral SU(3)-based KbarN potential2018

    • Author(s)
      Dot Akinobu、Inoue Takashi、Myo Takayuki
    • Journal Title

      Physics Letters B

      Volume: 784 Pages: 405-410

    • DOI

      10.1016/j.physletb.2018.08.029

    • Related Report
      2018 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] HALQCDバリオン間力への離散化誤差の影響その42024

    • Author(s)
      井上貴史
    • Organizer
      日本物理学会2024年春季大会
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      2023 Research-status Report
  • [Presentation] Influence of discretization error on the HALQCD baryon forces2023

    • Author(s)
      Takashi Inoue
    • Organizer
      25th European Conference on Few-Body Problems in Physics
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      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 格子QCD計算で探るバリオン数2のハドロン2023

    • Author(s)
      井上貴史
    • Organizer
      研究会「多彩なハドロンの存在形態を探る理論と実験の最近の発展 」
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      2023 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] HALQCDバリオン間力への離散化誤差の影響についてその32023

    • Author(s)
      井上貴史 for HAL QCD Collaboration
    • Organizer
      日本物理学会 2023年春季大会
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      2022 Research-status Report
  • [Presentation] HALQCDバリオン間力への離散化誤差の影響についてその22022

    • Author(s)
      井上貴史 for HAL QCD Collaboration
    • Organizer
      日本物理学会 2022年秋季大会
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      2022 Research-status Report
  • [Presentation] クォークから中性子星へ ~理論と計算機で宇宙の謎に迫る~2021

    • Author(s)
      井上貴史
    • Organizer
      東北大学セミナー 物理科学の最前線
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      2021 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] HALQCDバリオン間力への離散化誤差の影響についてその12021

    • Author(s)
      井上貴史 for HAL QCD Collaboration
    • Organizer
      日本物理学会第77回年次大会
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      2021 Research-status Report
  • [Presentation] Baryon interactions from QCD on lattice2021

    • Author(s)
      Takashi Inoue
    • Organizer
      Yamada Conference LXXII: The 8th Asia-Pacific conference on Few-Body problems in Physics (APFB2020)
    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Study of Xi-nucleus and Xi-atom based on Xi-N interaction from QCD on lattice2019

    • Author(s)
      Takashi Inoue
    • Organizer
      The 27th International Nuclear Physics Conference (INPC 2019)
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 格子QCDによるYN相互作用2019

    • Author(s)
      井上貴史
    • Organizer
      基礎物理学研究所研究会「高密度ハドロン・クォーク物質の諸相と中性子星の構造・進化」
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] 物理点格子QCDによるΞ原子とΞ原子核の研究 II2019

    • Author(s)
      井上貴史
    • Organizer
      日本物理学会2019年秋季大会
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      2019 Research-status Report
  • [Presentation] Strange Nuclear Physics from QCD on Lattice2018

    • Author(s)
      Takashi Inoue for HAL QCD Collaboration
    • Organizer
      The 13th International Conference on Hypernuclear and Strange Particle Physics
    • Related Report
      2018 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 物理点格子QCDによるΞ原子とΞ原子核の研究2018

    • Author(s)
      井上貴史 for HAL QCD Collaboration
    • Organizer
      日本物理学会第74回年次大会
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      2018 Research-status Report
  • [Remarks] 理論物理と計算機など

    • URL

      https://hp.brs.nihon-u.ac.jp/~t-inoue/index.html

    • Related Report
      2023 Research-status Report 2021 Research-status Report
  • [Remarks] 理論物理や計算機など

    • URL

      https://hp.brs.nihon-u.ac.jp/~t-inoue/index.html

    • Related Report
      2022 Research-status Report 2020 Research-status Report

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Published: 2018-04-23   Modified: 2024-12-25  

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