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Investigation of effects of the three-nucleon force in medium-mass nuclei

Research Project

Project/Area Number 22K14030
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 InstitutionUtsunomiya University

Principal Investigator

吉田 聡太  宇都宮大学, 大学教育推進機構, 助教 (10868665)

Project Period (FY) 2022-04-01 – 2027-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2026: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2025: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2024: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2023: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Keywords原子核構造 / 核力 / 第一原理計算 / 有効相互作用 / 殻模型計算
Outline of Research at the Start

宇宙における物質進化の足跡を理解するためには原子核の性質の理解が不可欠である。
原子核を構成する陽子/中性子に働く基本相互作用である核力は、3つ以上の核子があってはじめて働く3体力の存在により、定量的な理解が非常に困難であり、実験的な検証の難しい不安定核領域など未知の原子核の性質についての理論予測を困難なものとしている。
本研究では、カイラル有効場の核力に基づいた核力を出発点に、第一原理計算やそれに基づく殻模型有効相互作用の導出などを駆使することで、3体力の中重核領域での効果、とくにαクラスター形成や中性子過剰核のドリップライン形成等に与える影響を解明することを目的としている。

Outline of Annual Research Achievements

宇宙における物質進化の足跡を理解するためには原子核の性質の理解が不可欠である。
原子核を構成する陽子/中性子に働く基本相互作用である核力は、3つ以上の核子があってはじめて働く3体力の存在により、定量的な理解が非常に困難であり、実験的な検証の難しい不安定核領域など未知の原子核の性質についての理論予測を困難なものとしている。
本研究では、カイラル有効場の核力に基づいた核力を出発点に、第一原理計算やそれに基づく殻模型有効相互作用の導出などを駆使することで、3体力の中重核領域での効果、とくにαクラスター形成や中性子過剰核のドリップライン形成等に与える影響を解明することを目的としている。
本年度は、昨年度自身が公開・出版した計算コード群NuclearToolkit.jl(https://github.com/SotaYoshida/NuclearToolkit.jl)を基盤として、核構造計算において中心的な役割を果たしている第一原理計算手法であるIn-Medium Similarity Renormalization Group(IM-SRG)法の代理モデル構築を初めとした計算手法の開発を主に行った。
提案手法では、IM-SRG計算のボトルネックである演算子のフローを効率的に解くため、Physics-Informed Neural Networks (PINNs)を用いて、数本-10程度のスナップショットから高精度に計算を外挿する方法を提案している。上記の機械学習を用いたIMSRG法の代理モデルの構築については論文として出版され、その他関連研究を継続して進めている。
また、核子系の量子計算に向けた研究を新たに開始し、現在論文を投稿中である。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

核構造計算手法の高速化・高精度化、新たなパラダイム提案は、本研究においても重要課題と位置づけており、今年度はIM-SRG法の代理モデル構築に向けて、着実に成果を上げることができた。
また、国内外の研究者等とも新たに共同研究を開始するなど、新たな進展も期待できる。

Strategy for Future Research Activity

当初の計画に沿って、IMSRG法を用いた有効相互作用の導出を行い、3体力が中重核で与える効果や、新奇な核構造の解明に向けて研究を推進する。
また、当初の計画になかった新たなアイデアが生まれたり、新たに核子系の量子計算に向けた研究に着手するなど、研究に広がりも生まれつつある。引き続き国内外の研究者らとの共同研究も含めて、積極的に論文出版等、成果発表を行う。

Report

(2 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • Research Products

    (15 results)

All 2024 2023 2022 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (6 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 6 results,  Open Access: 4 results) Presentation (8 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 5 results)

  • [Int'l Joint Research] Florida State University/Michigan State University/University of Massachusetts Lowell(米国)

    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Journal Article] Erratum: Systematic shell-model study of β-decay properties and Gamow-Teller strength distributions in A ~ 40 neutron-rich nuclei [Phys. Rev. C 97, 054321 (2018)]2024

    • Author(s)
      Yoshida Sota、Utsuno Yutaka、Shimizu Noritaka、Otsuka Takaharu
    • Journal Title

      Physical Review C

      Volume: 109 Issue: 2 Pages: 029904-029904

    • DOI

      10.1103/physrevc.109.029904

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] IMSRG-Net: A machine-learning-based solver for the in-medium similarity renormalization group method2023

    • Author(s)
      Yoshida Sota
    • Journal Title

      Physical Review C

      Volume: 108 Issue: 4 Pages: 044303-044303

    • DOI

      10.1103/physrevc.108.044303

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] First observation of 28O2023

    • Author(s)
      Kondo Y. et al.
    • Journal Title

      Nature

      Volume: 620 Issue: 7976 Pages: 965-970

    • DOI

      10.1038/s41586-023-06352-6

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Beta-minus decay of exotic P and S isotopes with neutron number near 282022

    • Author(s)
      Tripathi V.、Soumik B.、Shimizu N.、Utsuno Y.、et. al.
    • Journal Title

      Physical Review C

      Volume: 106 Issue: 6 Pages: 064314-064314

    • DOI

      10.1103/physrevc.106.064314

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] NuclearToolkit.jl: A Julia package for nuclear structure calculations2022

    • Author(s)
      Yoshida Sota
    • Journal Title

      Journal of Open Source Software

      Volume: 7 Issue: 79 Pages: 4694-4694

    • DOI

      10.21105/joss.04694

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Constructing approximate shell-model wavefunctions by eigenvector continuation2022

    • Author(s)
      Yoshida Sota、Shimizu Noritaka
    • Journal Title

      Progress of Theoretical and Experimental Physics

      Volume: -

    • DOI

      10.1093/ptep/ptac057

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] NuclearToolkit.jlによる原子核構造計算入門2024

    • Author(s)
      吉田聡太
    • Organizer
      計算物理春の学校2024
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] IMSRG-Net:機械学習を用いた核子系第一原理計算の代理モデル2024

    • Author(s)
      吉田聡太
    • Organizer
      日本物理学会 2024年春季大会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] p-, sd-, pf-殻核2中性子系の量子計算2024

    • Author(s)
      吉田聡太, 佐藤健, 緒方拓巳, 内藤智也, 木村真明
    • Organizer
      日本物理学会 2024年春季大会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] Emulator of shell-model calculations via eigenvector continuation2023

    • Author(s)
      Sota Yoshida
    • Organizer
      Eigenvector continuation method in nuclear structure and reaction theory
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] NuclearToolkit.jl ~核力・第一原理計算・殻模型・機械学習~2023

    • Author(s)
      吉田聡太
    • Organizer
      九州大学 理論核物理研究会「現代核物理の広がりと展望」
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] Learning from what we had disposed and an accelerator to “Machine Learning + nuclear physics”2022

    • Author(s)
      Sota Yoshida
    • Organizer
      [RIBF-ULIC-miniWS037] Combining Nuclear Theory and Machine Learning for fundamental studies and applications
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] "NuclearToolkit.jl:核構造計算のためのJuliaパッケージ2022

    • Author(s)
      吉田聡太
    • Organizer
      日本物理学会2022年秋季大会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 原子核の第一原理計算コード開発と機械学習の応用2022

    • Author(s)
      吉田聡太
    • Organizer
      令和4年度北海道大学情報基盤センター萌芽型共同研究 研究会「核反応シミュレーションと機械学習による核反応模型の発展」
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Invited

URL: 

Published: 2022-04-19   Modified: 2024-12-25  

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