| Project/Area Number |
19K03869
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 15010:Theoretical studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
菅沼 秀夫 京都大学, 理学研究科, 准教授 (10291452)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2020: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
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| Keywords | 量子色力学（QCD） / クォーク / グルーオン / ホログラフィックQCD / バリオン / クォーク・グルーオン・プラズマ / 格子ゲージ理論 / ポリヤコフ・ループ / 閉じ込め / ラージ N 極限 / ポリアコフ・ループ / カイラル対称性 / 量子色力学(QCD) / モノポール / 非摂動 / 強磁場 / 量子色力学 (QCD) / 高温・高密度・強磁場 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究課題では、強い相互作用の基礎理論であるＱＣＤを基軸として、クォーク・グルーオンの階層からの非摂動的現象の理解を目指し、第一原理計算である「格子ＱＣＤ数値シミュレーション」と「ＱＣＤの解析的理論研究」の双方のアプローチを相補的に用いて、以下の２段階で研究を進めていく。
１．カラーの閉じ込め、カイラル対称性の自発的破れ、インスタントンといった重要な非摂動的諸性質の様相や相互の関連性などを様々な視点から理論的かつ定量的に解明する。
２．ＱＣＤの非摂動的諸性質が、高温・高密度・強電磁場といった様々な極限的状況下でどの様に変化するかを、クォークやグルーオンの諸性質に着目しながら、定量的に解明していく。
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| Outline of Annual Research Achievements |
1.ホログラフィックQCDにおけるバリオンとディラテーション励起の数値的解析：超弦理論から定式化されるホログラフィックQCDにおける、バリオン 及び その励起状態に対して、微細かつ大きな格子を用いて高精度の数値的解析を行った。バリオンのディラテーションの励起エネルギーは 577MeVと評価され、核子の場合では、ローパー共鳴状態 N*(1440)がこれ対応すると予測した。
2.クォーク模型のQCDからの基礎づけ：強い相互作用の基礎理論であるQCDから、現象論的に成功しているクォーク模型を基礎づける研究を格子QCDを用いて行った。
3.SU(3)クエンチ格子QCDにおけるポリヤコフ・ループの熱力学的ポテンシャルの数値的導出：強い相互作用の第一原理計算であるSU(3)格子QCDを用いて、有限温度におけるポリヤコフ・ループの有効ポテンシャル（熱力学的ポテンシャル）を、場の理論的に世界で初めて数値的に導出した。
4.様々なカラー数のクォーク・グルーオン・プラズマ(QGP)におけるポリヤコフ・ループゆらぎ：QGPにおけるセンター・ドメインの安定性を、ポリヤコフ・ループゆらぎの観点から解析的に研究した。カラー数Nが大きくなるにつれて相関長は増加し、ラージN極限では相関長が発散する南部・ゴールドストーン的なゼロ質量の長距離相関が出現する。
5.SU(3)格子QCDを用いた QCDの低次元化の解析：クォーク閉じ込めにおいて本質的な「1次元状に絞られたフラックス・チューブの形成」を4次元QCDにおける低次元化を示唆する現象と捉え、次元縮小(DR)ゲージという新しいゲージ固定条件を考案し、DRゲージを用いて「QCDの低次元化」の可能性を格子QCDを用いて調べた。
6. 強い相互作用の基礎理論である量子色力学が生み出す多様な物理とともに、クォークの閉じ込め、カイラル対称性の自発的破れなどの非摂動的性質を系統的にまとめ、専門的な教科書用の論文として、シュプリンガー出版社より冊子体として出版した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
新型コロナの世界的流行の影響を依然受けており、国内外の対面での研究交流の減少はあったが、研究自体は、以下述べるように 概ね順調に進展している。本研究課題は、極微の基本的階層であるクォーク・グルーオンから強い相互作用やハドロンの諸性質を理解することを目的とし、量子色力学の非摂動的性質に関連する様々な研究テーマを同時に複数進めている。強い相互作用の基礎理論である量子色力学に基づいた解析的な定式化も、スーパーコンピューターによる大規模数値計算も当初の計画通り進んでおり、着実に研究成果を得ている。
具体的には、１．超弦理論のDブレーンにより定式化されるホログラフィックQCDを用いたバリオンとディラテーション励起に対する高精度計算の研究に関する原著論文を米国物理学会の査読誌 Physical Review D 誌に出版した。２．強い相互作用の基礎理論であるQCDから、現象論的に成功しているクォーク模型を基礎づける研究論文を査読誌 European Physical Journal A 誌に出版した。３．強結合QCDのラージN極限での物理について、京大理学部の学生と研究を行い、その成果を国際会議発表とProceeding論文とで公表した。４．格子QCDの大規模計算を遂行し、ポリヤコフ・ループに関する熱力学ポテンシャルを世界で初めて数値的に導出し、国際会議で招待講演を行った。５．クォーク閉じ込めにおいて本質的な「1次元状に絞られたフラックス・チューブの形成」を4次元QCDにおける低次元化を示唆する現象と捉え、Dimensional Reduction ゲージという新しいゲージ固定を考案し、「QCDの低次元化」の可能性を解析的手法と格子QCDを用いて調べ、日本物理学会において発表した。６．強い相互作用の基礎理論である量子色力学の非摂動的性質を系統的にまとめ、専門的な教科書用の査読論文としてまとめた。
このように研究成果は着々と出ており、研究成果も国内外で公表しつつある。
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| Strategy for Future Research Activity |
基本的には今後も従来の方向で研究を進めつつ、研究領域を拡大していく。つまり、強い相互作用の基礎理論である量子色力学(QCD)に基づいて、クォーク・グルーオンのレベルから強い相互作用の基本的性質やハドロンの諸性質やそれらの極限的状況を研究していく。研究方法は、解析的な理論計算に基づく定式化と、強い相互作用の第一原理計算である格子QCD理論計算による定量的分析の２系統の研究を行っていき、QCDに基づいた非摂動物理やハドロン物理の総合的な理解を目指す。なお、格子QCD理論のモンテカルロ計算に関しては、引き続き京都大学および大阪大学のスーパーコンピューターなどを用いて、大規模数値計算を実行していく。
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