高温高密度での格子量子色力学の数値的研究

• Project/Area Number: 22840020
• Research Category: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Particle/Nuclear/Cosmic ray/Astro physics
• Research Institution: Niigata University
• Principal Investigator: 江尻 信司 Niigata University, 自然科学系, 准教授 (10401176)
• Project Period (FY): 2010 – 2011
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2011)
• Budget Amount: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000); Fiscal Year 2011: ¥1,495,000 (Direct Cost: ¥1,150,000、Indirect Cost: ¥345,000); Fiscal Year 2010: ¥1,625,000 (Direct Cost: ¥1,250,000、Indirect Cost: ¥375,000)
• Keywords: 素粒子論 / 計算物理

Research Abstract

宇宙論構築の際の重大な不確定要素となっている、高温高密度での量子色力学(QCD)が支配する世界を数値シミュレーションにより研究した。宇宙論で重要な比較的低密度でのQCDの相転移が、一次相転移か二次相転移かクロスオーバーかといった相転移の性質を解明することが目標である。そのQCDの相転移の次数は素粒子であるクォークの質量や化学ポテンシャルの値に敏感で、それらの値によって相転移がどう変化するかということを詳しく調べなくては現実のクォーク質量での結論は得られない。
本研究では2つの方法でその解明に取り組んだ。一つはクロスオーバー領域でのスケーリング則の研究である。臨界点付近での秩序パラメーターの振る舞いを調べて臨界点の位置の特定、相転移の性質の分類をする方法はよく用いられている。動的クォークの効果を考慮し、数値シミュレーションで秩序パラメーターとその化学ポテンシャル微分を計算して、有限密度の効果を少しとりいれたスケーリング則について議論した。まだストレンジ・クォークが考慮されていないが、研究が難しいと言われている密度効果がある場合も、低密度領域ならスケーリング則が議論できることを示した。
もう一つは確率密度関数という量を計算する方法である。それは、適当な物理量に注目して状態をラベルして、その状態がどれだけの確率で発生するかを調べる方法である。一次相転移があれば、同時に2つの状態が等確率で現れるため一次相転移が起こるかどうかが判定できる。まずは、その方法が機能するかを計算が簡単なクォーク質量が重い場合でテストし、その方法で相転移の性質が調べられること確認した。

Research Products

• [Journal Article] QCD thermodynamics at zero and finite densities with improved Wilson quarks (2010)
  • Author(s): K.Kanaya, et al.
  • Journal Title: Progress of Theoretical Physics (Supplement) Volume: 186 Pages: 556-561
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Lattice QCD at finite temperature and density (2010)
  • Author(s): Shinji Ejiri
  • Journal Title: Progress of Theoretical Physics (Supplement) Volume: 186 Pages: 510-515
  • NAID: 110008143483
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] An application of the variational analysis to calculate the meson spectral functions (2010)
  • Author(s): H.Ohno, et al.
  • Journal Title: Proceedings of Science Volume: LATTICE2010 Pages: 209-209
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] EOS in 2+1 flavor QCD with improved Wilson quarks by the fixed-scale approach (2010)
  • Author(s): T.Umeda, et al.
  • Journal Title: Proceedings of Science Volume: LATTICE2010 Pages: 218-218
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The order of the deconfinement phase transition in a heavy quark mass region (2010)
  • Author(s): H.Saito, et al.
  • Journal Title: Proceedings of Science Volume: LATTICE2010 Pages: 212-212
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Scaling behavior of chiral phase transition in two-flavor QCD with improved Wilson quarks at finite density (2010)
  • Author(s): S.Ejiri, et al.
  • Journal Title: Proceedings of Science Volume: LATTICE2010 Pages: 181-181
  • NAID: 120006747079
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 格子QCDによる有限温度・密度解析 (2010)
  • Author(s): 江尻信司
  • Organizer: 新学術領域研究「素核宇宙融合による計算科学に基づいた重層的物質構造の解明」計画研究A01班「量子色力学にもとづく真空構造とクォーク力学」第3回A01班研究会
  • Place of Presentation: 筑波大学計算科学研究センター、つくば市
  • Year and Date: 2010-07-07
• [Presentation] Scaling behavior of chiral phase transition in two-flavor QCD with improved Wilson quarks at finite density (2010)
  • Author(s): hinji Ejiri
  • Organizer: International Symposium on Lattice Field Theory
  • Place of Presentation: Villasimius, Sarginia, Italy
• [Presentation] A method to study finite density lattice QCD (2010)
  • Author(s): Shinji Ejiri
  • Organizer: WE-Heraeus Seminar "Extreme QCD 2010"
  • Place of Presentation: Bad Honnef, Germany
• [Presentation] Lattice QCD at finite density (2010)
  • Author(s): Shinji Ejiri
  • Organizer: Summer Institute 2010(Phenomenology part)
  • Place of Presentation: 富士吉田市
• [Presentation] 有限密度での2フレーバーQCDのスケーリング則 (2010)
  • Author(s): 江尻信司
  • Organizer: 日本物理学会2010年秋季大会
  • Place of Presentation: 九州工業大,北九州市
• [Presentation] 高温・高密度格子QCDの最近の進展 (2010)
  • Author(s): 江尻信司
  • Organizer: 次世代格子ゲージシミュレーション研究会
  • Place of Presentation: 理化学研究所、和光市
• [Presentation] Density of state method for the study of finite density lattice QCD (2010)
  • Author(s): Shinji Ejiri
  • Organizer: Lattice QCD confronts experimentsJapaneseGerman seminar 2010
  • Place of Presentation: 三島市
• [Presentation] Nature of QCD phase transition in the chemical potential and quark massparameter space (2010)
  • Author(s): Shinji Ejiri
  • Organizer: International workshop"Nonperturbative Aspects of QCD at Finite Temperature and Density"
  • Place of Presentation: 筑波大学計算科学研究センター、つくば市