• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to previous page

Frontiers of QCD/hadron physics pioneered by extreme finite volume

Research Project

Project/Area Number 20K14476
Research Category

Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Basic Section 15010:Theoretical studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics
Research InstitutionJapan Atomic Energy Agency

Principal Investigator

鈴木 渓  国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 先端基礎研究センター, 研究職 (40759768)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Keywordsカシミール効果 / 場の量子論 / クォーク物質 / カイラル密度波 / ワイル半金属 / アクシオン電磁気学 / マグノン / 非エルミート系 / 有限体積効果 / 格子場の理論 / 磁性体 / ディラック半金属 / フォノン / 格子フェルミオン / トポロジカル絶縁体 / 量子色力学 / 格子QCD / ディラック電子系 / ハドロン / カイラル対称性
Outline of Research at the Start

量子色力学(QCD)はクォークとグルーオン及びそれらを構成要素とするハドロンの性質を記述するための基礎理論である。有限温度・有限密度のような極限環境におけるQCDは、カイラル対称性の自発的破れやカラー閉じ込めの問題と関連しており、これまで盛んに研究されてきた。
本研究では、新たな研究の舞台として「極端な有限体積系」(例えば、非等方体積や極端に小さな体積)に焦点をあて、そのような環境におけるQCDやハドロン物理を解明するための理論研究を行う。特に、QCD相転移現象とカシミール効果の関係や有限体積系におけるハドロンの性質を明らかにし、将来的な格子シミュレーションや実験研究に対する示唆を与える。

Outline of Annual Research Achievements

カシミール効果は、二枚の平行板を微小な距離だけ離して置いた際に生じる引力の発生としてよく知られている。通常の光子場から生じるカシミール効果は理論的・実験的に一定の理解が得られてきたが、その他の量子場から生じる類似現象を探索することも重要である。2023年度は以下の(1)-(3)の成果が得られた。
(1)高密度クォーク物質では、カイラル対称性の回復に伴う転移点近傍の密度領域で、秩序変数が空間的に非一様となる可能性があり、その候補の一つが「二重カイラル密度波(DCDW)」相である。本研究では有限密度領域のクォーク場から生じるカシミール効果の性質を定量的に予言した。特に、クォークの分散関係の「ワイル点」構造に起因して、物質の厚さに依存する物理量の振動現象を予言した。この成果は原著論文としてまとめられ、投稿中である。
(2)ワイル半金属の内部では、電磁場の運動方程式は時間反転または空間反転対称性の破れによって修正されており、いわゆる「アクシオン電磁気学」を用いて記述される。この状況でのカシミール効果は遠距離で斥力となる可能性が先行研究で指摘されており、本研究では格子正則化と呼ばれる手法を用いてもこの振る舞いが導出できることを示した。この成果は原著論文としてまとめられ、Physical Review Dに掲載された。
(3)スピン歳差運動の減衰(ギルバート減衰)は磁性体が固有に持つ性質である。これは、マグノンのエネルギーと寿命にも影響しており、マグノンのハミルトニアンに対する非エルミート項として記述される。本研究では酸化ニッケル(II)薄膜内部のマグノン場から生じるカシミール効果に対して、ギルバート減衰が及ぼす影響を定量的に予言した。特に、分散関係に「例外点」構造が存在する場合に生じる特異な現象を予言した。この成果は原著論文としてまとめられ、npj Spintronicsに掲載された。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

2020年度に開発した「格子正則化に基づくカシミール効果の導出」手法を応用することにより、2021-2022年度は薄膜状の固体物性系において電子場/マグノン場/フォノン場などに起因して創発するカシミール効果の理論的解明を行った。当該年度(2023年度)は、これまで得られた知見を高密度クォーク物質へと応用することで、物性物理と高エネルギー物理の類似点・相違点が相補的に整備された。クォーク系は固体物性系とは異なり、通常は格子構造を組まないため、必ずしも格子正則化を用いる必要はないが、これまで知られていた正則化手法による導出と比較するための相補的な手法として汎用性が高いことや、格子上の数値シミュレーションで避けることのできない離散化誤差に対する定性的な示唆を与えるという意味でその理論的枠組を確立した意義は大きい。このような研究経緯は研究開始当初に具体的に想定していたものではなく、この意味で計画以上の進展と評価する。
さらに、当該年度の成果として、DCDW相やアクシオン電磁気学のような比較的複雑な分散関係によって特徴付けられる系や複素固有値構造を持つ非エルミート量子力学系に対して格子正則化手法が適用可能であることを具体的に示したことや、薄膜状物質の膜厚に依存した物理量の振動現象の包括的な理解が得られたことも当初の計画以上の進展と言える。

Strategy for Future Research Activity

本年度の成果として、低密度から高密度領域までのクォーク物質内部においてクォーク場から生じるカシミール効果の典型的な性質についてある程度の理解が得られ、DCDW相に起因して生じる特異な振動現象を予言した。有限密度クォーク物質に関連する今後の研究テーマとしては、より高密度領域で実現することが予想される「カラー超伝導」相やDCDW相以外の非一様相が実現した場合に何が起こるか調べることがある。さらに、外部磁場をかけることによりDCDW相が安定化することが先行研究で予想されているため、カシミール効果の磁場依存性を調べることも興味深い。特に、励起状態が存在する系において、励起状態がカシミール効果に対してどの程度寄与しているか(言い換えると、基底状態と比べて励起状態の寄与がどの程度抑制されているか)を検証することはカシミール効果の本質的な理解の為に重要な問題であり、これに関連して、磁場中で生じる無限個のランダウ準位構造がカシミール効果にどのように寄与しているかを理解することも重要である。

Report

(4 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • Research Products

    (49 results)

All 2024 2023 2022 2021 2020 Other

All Int'l Joint Research (6 results) Journal Article (23 results) (of which Int'l Joint Research: 8 results,  Peer Reviewed: 23 results,  Open Access: 21 results) Presentation (19 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results) Remarks (1 results)

  • [Int'l Joint Research] 浙江大学(中国)

    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Int'l Joint Research] DESY(ドイツ)

    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Int'l Joint Research] 山東大学(中国)

    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Int'l Joint Research] DESY(ドイツ)

    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Int'l Joint Research] DESY(ドイツ)

    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Int'l Joint Research] 山東大学(中国)

    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Journal Article] QCD Kondo effect for single heavy quark in chiral-symmetry broken phase2024

    • Author(s)
      Shigehiro Yasui, Daiki Suenaga, Kei Suzuki
    • Journal Title

      Physical Review D

      Volume: 109 Issue: 9 Pages: 094031-094031

    • DOI

      10.1103/physrevd.109.094031

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Non-Hermitian Casimir Effect of Magnons2024

    • Author(s)
      Kouki Nakata, Kei Suzuki
    • Journal Title

      npj Spintronics

      Volume: 印刷中

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Casimir effect in axion electrodynamics with lattice regularizations2024

    • Author(s)
      Katsumasa Nakayama, Kei Suzuki
    • Journal Title

      Physical Review D

      Volume: 109 Issue: 6 Pages: 065002-065002

    • DOI

      10.1103/physrevd.109.065002

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Dirac Kondo effect under magnetic catalysis2023

    • Author(s)
      Koichi Hattori, Daiki Suenaga, Kei Suzuki, Shigehiro Yasui
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 108 Issue: 24 Pages: 245110-245110

    • DOI

      10.1103/physrevb.108.245110

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Dirac/Weyl-node-induced oscillating Casimir effect2023

    • Author(s)
      Katsumasa Nakayama, Kei Suzuki
    • Journal Title

      Physics Letters B

      Volume: 843 Pages: 138017-138017

    • DOI

      10.1016/j.physletb.2023.138017

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Remnants of the nonrelativistic Casimir effect on the lattice2023

    • Author(s)
      Katsumasa Nakayama, Kei Suzuki
    • Journal Title

      Physical Review Research

      Volume: 5 Issue: 2

    • DOI

      10.1103/physrevresearch.5.l022054

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Casimir effect for fermions on the lattice2023

    • Author(s)
      Katsumasa Nakayama, Kei Suzuki
    • Journal Title

      Proceeding of Science

      Volume: 430 Pages: 379-379

    • DOI

      10.22323/1.430.0379

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Phase diagram of the QCD Kondo effect and inactivation of the magnetic catalysis2023

    • Author(s)
      Koichi Hattori, Daiki Suenaga, Kei Suzuki, Shigehiro Yasui
    • Journal Title

      EPJ Web of Conferences

      Volume: 276 Pages: 01015-01015

    • DOI

      10.1051/epjconf/202327601015

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Strong decays of singly heavy baryons from a chiral effective theory of diquarks2023

    • Author(s)
      Yonghee Kim, Makoto Oka, Daiki Suenaga, Kei Suzuki
    • Journal Title

      Physical Review D

      Volume: 107 Issue: 7 Pages: 074015-074015

    • DOI

      10.1103/physrevd.107.074015

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Magnonic Casimir Effect in Ferrimagnets2023

    • Author(s)
      Kouki Nakata and Kei Suzuki
    • Journal Title

      Phys. Rev. Lett.

      Volume: 130 Issue: 9 Pages: 096702-096702

    • DOI

      10.1103/physrevlett.130.096702

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Heavy-quark spin polarization induced by the Kondo effect in a magnetic field2022

    • Author(s)
      Daiki Suenaga, Yasufumi Araki, Kei Suzuki, Shigehiro Yasui
    • Journal Title

      Physical Review D

      Volume: 105 Issue: 7 Pages: 074028-074028

    • DOI

      10.1103/physrevd.105.074028

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Doubly heavy tetraquarks in a chiral-diquark picture2022

    • Author(s)
      Kim Yonghee, Makoto Oka, Kei Suzuki
    • Journal Title

      Physical Review D

      Volume: 105 Issue: 7 Pages: 074021-074021

    • DOI

      10.1103/physrevd.105.074021

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Survival probabilities of charmonia as a clue to measure transient magnetic fields2021

    • Author(s)
      Iwasaki Sachio、Jido Daisuke、Oka Makoto、Suzuki Kei
    • Journal Title

      Physics Letters B

      Volume: 820 Pages: 136498-136498

    • DOI

      10.1016/j.physletb.2021.136498

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] A review of quarkonia under strong magnetic fields2021

    • Author(s)
      Sachio Iwasaki, Makoto Oka, Kei Suzuki
    • Journal Title

      The European Physical Journal A

      Volume: 57 Issue: 7 Pages: 222-222

    • DOI

      10.1140/epja/s10050-021-00533-5

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Heavy baryon spectrum with chiral multiplets of scalar and vector diquarks2021

    • Author(s)
      Yonghee Kim, Yan-Rui Liu, Makoto Oka, Kei Suzuki
    • Journal Title

      Physical Review D

      Volume: 104 Issue: 5 Pages: 054012-054012

    • DOI

      10.1103/physrevd.104.054012

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Kondo effect with Wilson fermions2021

    • Author(s)
      Tsutomu Ishikawa, Katsumasa Nakayama, Kei Suzuki
    • Journal Title

      Physical Review D

      Volume: 104 Issue: 9 Pages: 094515-094515

    • DOI

      10.1103/physrevd.104.094515

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Two relativistic Kondo effects: Classification with particle and antiparticle impurities2021

    • Author(s)
      Yasufumi Araki, Daiki Suenaga, Kei Suzuki, Shigehiro Yasui
    • Journal Title

      Physical Review Research

      Volume: 3 Issue: 1 Pages: 013233-013233

    • DOI

      10.1103/physrevresearch.3.013233

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Spin-orbital magnetic response of relativistic fermions with band hybridization2021

    • Author(s)
      Yasufumi Araki, Daiki Suenaga, Kei Suzuki, Shigehiro Yasui
    • Journal Title

      Physical Review Research

      Volume: 3 Issue: 2 Pages: 023098-023098

    • DOI

      10.1103/physrevresearch.3.023098

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Lattice-fermionic Casimir effect and topological insulators2021

    • Author(s)
      Tsutomu Ishikawa, Katsumasa Nakayama, Kei Suzuki
    • Journal Title

      Physical Review Research

      Volume: 印刷中

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Chiral separation effect catalyzed by heavy impurities2021

    • Author(s)
      Daiki Suenaga, Yasufumi Araki, Kei Suzuki, Shigehiro Yasui
    • Journal Title

      Physical Review D

      Volume: 103 Issue: 5 Pages: 054041-054041

    • DOI

      10.1103/physrevd.103.054041

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Spectrum of singly heavy baryons from a chiral effective theory of diquarks2020

    • Author(s)
      Yonghee Kim, Emiko Hiyama, Makoto Oka, Kei Suzuki
    • Journal Title

      Physical Review D

      Volume: 102 Issue: 1 Pages: 014004-014004

    • DOI

      10.1103/physrevd.102.014004

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Casimir effect for lattice fermions2020

    • Author(s)
      Tsutomu Ishikawa, Katsumasa Nakayama, Kei Suzuki
    • Journal Title

      Physics Letters B

      Volume: 809 Pages: 135713-135713

    • DOI

      10.1016/j.physletb.2020.135713

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Suppression of decay widths in singly heavy baryons induced by the UA(1) anomaly2020

    • Author(s)
      Kawakami Yohei、Harada Masayasu、Oka Makoto、Suzuki Kei
    • Journal Title

      Physical Review D

      Volume: 102 Issue: 11 Pages: 1-9

    • DOI

      10.1103/physrevd.102.114004

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Dual chiral density wave中のカシミア効果2024

    • Author(s)
      藤井大輔、中山勝政、鈴木渓
    • Organizer
      日本物理学会 2024年春季大会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] ディラック/ワイル半金属中のフェルミオン場のカシミア効果2024

    • Author(s)
      中山勝政、鈴木渓
    • Organizer
      日本物理学会 2024年春季大会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 格子正則化されたアクシオン電磁気学のカシミア効果2024

    • Author(s)
      中山勝政、鈴木渓
    • Organizer
      日本物理学会 2024年春季大会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] Casimir effect in dense QCD matter2023

    • Author(s)
      Kei Suzuki, Daisuke Fujii, Katsumasa Nakayama
    • Organizer
      The 2023 Fall Meeting of the Division of Nuclear Physics of the American Physical Society and the Physical Society of Japan
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Casimir effect for fermions on the lattice2022

    • Author(s)
      Katsumasa Nakayama, Kei Suzuki
    • Organizer
      The 39th International Symposium on Lattice Field Theory
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 強磁場中のQCD近藤効果はカイラル凝縮と共栄できるか?2022

    • Author(s)
      服部恒一、末永大輝、鈴木渓、安井繁宏
    • Organizer
      日本物理学会 2022年秋季大会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] ダイクォークの相互作用に基づくヘビーバリオンの崩壊反応2022

    • Author(s)
      金龍熙、岡真、末永大輝、鈴木渓
    • Organizer
      日本物理学会 2022年秋季大会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] ダイクォーク模型による$T_{QQ}$テトラクォークの構造22022

    • Author(s)
      金龍熙、岡真、鈴木渓
    • Organizer
      日本物理学会 第77回年次大会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 格子上におけるカシミア効果とトポロジカル絶縁体2021

    • Author(s)
      中山勝政、石川力、鈴木渓
    • Organizer
      日本物理学会 2021年秋季大会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] ダイクォーク模型による$T_{QQ}$テトラクォークの構造2021

    • Author(s)
      金龍熙、岡真、鈴木渓
    • Organizer
      日本物理学会 2021年秋季大会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] ウィルソン・フェルミオンにおける近藤効果2021

    • Author(s)
      石川力、中山勝政、鈴木渓
    • Organizer
      日本物理学会第76回年次大会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] ダイクォークのカイラル有効理論とバリオンのスペクトル2021

    • Author(s)
      金龍熙、肥山詠美子、岡真、鈴木渓、Yan-Rui Liu
    • Organizer
      日本物理学会第76回年次大会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] Casimir energy for the domain-wall fermion2020

    • Author(s)
      Katsumasa Nakayama, Tsutomu Ishikawa, Kei Suzuki
    • Organizer
      Asia-Pacific Symposium for Lattice Field Theory (APLAT 2020)
    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 格子フェルミオンにおけるカシミール効果:ナイーブ、ウィルソン、ドメインウォール2020

    • Author(s)
      石川力、中山勝政、鈴木渓
    • Organizer
      日本物理学会2020年秋季大会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] カイラリティ不均一物質中における近藤効果2020

    • Author(s)
      末永大輝、鈴木渓、荒木康史、安井繁宏
    • Organizer
      日本物理学会2020年秋季大会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 磁場中の近藤効果に起因したヘビークォークスピン分極2020

    • Author(s)
      末永大輝、荒木康史、鈴木渓、安井繁宏
    • Organizer
      日本物理学会2020年秋季大会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] UA(1)アノマリーによるsingly heavy baryonsの崩壊幅の抑制2020

    • Author(s)
      川上洋平、原田正康、岡眞、鈴木渓
    • Organizer
      日本物理学会2020年秋季大会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] ベクトルダイクォークのカイラル有功理論によるヘビーバリオンのスペクトル2020

    • Author(s)
      金龍熙、肥山詠美子、岡真、鈴木渓、Yan-Rui Liu
    • Organizer
      日本物理学会2020年秋季大会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 非定常磁場中におけるチャーモニウムの混合比2020

    • Author(s)
      岩崎幸生、鈴木渓、岡眞
    • Organizer
      日本物理学会2020年秋季大会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Remarks] 磁気デバイスの小型化に重要な「磁気の波の真空に潜むエネルギー」を解明

    • URL

      https://www.jaea.go.jp/02/press2022/p23022801/

    • Related Report
      2022 Research-status Report

URL: 

Published: 2020-04-28   Modified: 2024-12-25  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi