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素粒子標準模型を超える物理探索に向けた格子QCD精密化

Research Project

Project/Area Number 23K25891
Project/Area Number (Other) 23H01195 (2023)
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeMulti-year Fund (2024)
Single-year Grants (2023)
Section一般
Review Section Basic Section 15020:Experimental studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics
Research InstitutionUniversity of Tsukuba

Principal Investigator

山崎 剛  筑波大学, 数理物質系, 准教授 (00511437)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 藏増 嘉伸  筑波大学, 計算科学研究センター, 教授 (30280506)
Project Period (FY) 2023-04-01 – 2026-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help
¥18,460,000 (Direct Cost: ¥14,200,000、Indirect Cost: ¥4,260,000)
Fiscal Year 2025: ¥7,670,000 (Direct Cost: ¥5,900,000、Indirect Cost: ¥1,770,000)
Fiscal Year 2024: ¥7,150,000 (Direct Cost: ¥5,500,000、Indirect Cost: ¥1,650,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
Keywords素粒子理論 / 格子QCD
Outline of Research at the Start

標準模型を超える未知の物理探索は、素粒子物理学における喫緊の課題である。本申請課題の目的は、世界初となる現実的クォーク質量かつ巨大体積での格子QCD精密計算により、強い相互作用効果の理論的不定性を低減し、標準模型を超える物理の間接的・直接的探索研究を実施することである。本研究では、これまでの研究で一定の成果を上げている間接的探索に関する研究を発展させることを第一の目標とする。それに加え、将来の格子QCD計算の更なる高精度化を見据え、これまでの我々の計算では扱っていなかったアップ・ダウンクォークの違いを取り入れた計算方法の開発研究も行う予定である。

Outline of Annual Research Achievements

素粒子物理学における喫緊の課題である、標準模型を超える未知の物理探索に関する理論的不定性を削減するための研究を行った。未知の物理現象探索のための理論計算には、強い相互作用の効果による不定性が存在している。この不定性を削減する計算方法として、強い相互作用の第一原理計算が可能な格子QCDに期待が寄せられているが、まだ十分な精度での計算を実行することは容易ではない。
本課題では、世界初となる現実的クォーク質量かつ巨大体積でゲージ配位(PACS10配位)を異なる格子間隔3点で生成し、それを用いた格子QCD精密計算により、強い相互作用効果の理論的不定性の削減を目指す。2023年度は、標準模型を超える物理の間接的探索に関係する、K中間子セミレプトニック崩壊形状因子の精密計算を実施した。2022年度までに計算が完了した格子間隔の大きな2点の計算結果に、さらに格子間隔を小さくした計算結果を加えた解析の中間結果から、統計誤差0.3%程度という高精度形状因子決定が行えた。その他にも、ニュートリノ実験で重要となる核子軸性ベクトル形状因子とそれに関係する種々の核子形状因子の精密計算を実施した。さらに、ハドロン構造と密接に関係する荷電半径を高精度に求める計算方法の研究に取り組み、その方法を用いたパイ中間子とK中間子の荷電半径の高精度計算を開始した。
これらの研究成果は、毎年開催されるLattice国際会議やその他の国際会議、国内研究会で発表し、国際会議報告や学術雑誌Physical Review Dで報告した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

上述のようにK中間子セミレプトニック崩壊形状因子計算、および核子形状因子計算、中間子荷電半径計算は順調に進んでおり、今後も着実な進展が見込まれる。

Strategy for Future Research Activity

K中間子セミレプトニック崩壊形状因子計算は、全ての格子間隔3点の計算結果を用いた現在の解析結果を論文として取りまとめ、学術雑誌へ投稿する計画である。その後、これまでの計算には含まれていなかったチャームクォーク真空偏極効果を取り入れた計算を実施し、その系統誤差の大きさを議論する。
核子形状因子計算については、最も小さい格子間隔のPACS10配位を用いた計算を継続し、各形状因子について連続極限での値を見積もることが今後の目標となる。
中間子荷電半径計算は、最も大きな格子間隔のPACS10配位を用いて、新しい計算方法を用いることで、従来の計算方法と比較し、どの程度の高精度計算が実現可能かを調査することが今後の目標の一つである。

Report

(1 results)
  • 2023 Annual Research Report
  • Research Products

    (27 results)

All 2024 2023

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 3 results) Presentation (23 results) (of which Int'l Joint Research: 11 results,  Invited: 8 results) Funded Workshop (1 results)

  • [Journal Article] Comparison with model-independent and dependent analyses for pion charge radius2023

    • Author(s)
      Sato Kohei、Watanabe Hiromasa、Yamazaki Takeshi
    • Journal Title

      Proceedings of Science

      Volume: LATTICE2023 Pages: 1-7

    • DOI

      10.22323/1.453.0312

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] |V_us| from kaon semileptonic form factor in N_f = 2+1 QCD at the physical point on (10 fm)^42023

    • Author(s)
      Yamazaki Takeshi、Ishikawa Ken-Ichi、Ishizuka Naruhito、Kuramashi Yoshinobu、Namekawa Yusuke、Taniguchi Yusuke、Ukita Naoya、Yoshie Tomoteru、PACS Collaboration
    • Journal Title

      Proceedings of Science

      Volume: LATTICE2023 Pages: 1-7

    • DOI

      10.22323/1.453.0276

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Discretization effects on nucleon root-mean-square radii from lattice QCD at the physical point2023

    • Author(s)
      Ryutaro Tsuji , Yasumichi Aoki, Ken-Ichi Ishikawa, Yoshinobu Kuramashi, Shoichi Sasaki, Eigo Shintani, Takeshi Yamazaki (PACS Collaboration)
    • Journal Title

      PoS LATTICE2023

      Volume: 453 Pages: 323-323

    • DOI

      10.22323/1.453.0323

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] パイ中間子とK中間子のモデルに依存しない荷電半径の計算2024

    • Author(s)
      Sato Kohei、Watanabe Hiromasa、Yamazaki Takeshi
    • Organizer
      日本物理学会2024年春季大会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] |V_us| from kaon semileptonic form factor in N_f = 2+1 QCD at the physical point on (10 fm)^42023

    • Author(s)
      Yamazaki Takeshi、Ishikawa Ken-Ichi、Ishizuka Naruhito、Kuramashi Yoshinobu、Namekawa Yusuke、Taniguchi Yusuke、Ukita Naoya、Yoshie Tomoteru、PACS Collaboration
    • Organizer
      Lattice 2024
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Comparison with model-independent and dependent analyses for pion charge radius2023

    • Author(s)
      Sato Kohei、Watanabe Hiromasa、Yamazaki Takeshi
    • Organizer
      Lattice 2024
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Discretization effects on nucleon root-mean-square radii from lattice QCD at the physical point2023

    • Author(s)
      Tsuji Ryutaro、Aoki Yasumichi、Ishikawa Ken-Ichi、Kuramashi Yoshinobu、Sasaki Shoich、Shintani Eigo、Yamazaki Takeshi、PACS Collaboration
    • Organizer
      Lattice 2024
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Hadron form factors from PACS10 configurations2023

    • Author(s)
      Yamazaki Takeshi
    • Organizer
      Lattice QCD and Probes of New Physics
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      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 連続極限を目指した核子形状因子の物理点格子QCD計算2023

    • Author(s)
      Tsuji Ryutaro、Aoki Yasumichi、Ishikawa Ken-Ichi、Kuramashi Yoshinobu、Sasaki Shoich、Shintani Eigo、Yamazaki Takeshi、PACS Collaboration
    • Organizer
      日本物理学会第78回年会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] Light hadron spectrum of 2+1 flavor QCD on PACS10 configurations2023

    • Author(s)
      Ukita Naoya、Ishikawa Ken-Ichi、Ishizuka Naruhito、Kuramashi Yoshinobu、Nakamura Yoshifumi、Namekawa Yusuke、Taniguchi Yusuke、Yamazaki Takeshi、Yoshie Tomoteru、PACS Collaboration
    • Organizer
      日本物理学会第78回年会
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      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] Kaon semileptonic form factor from the PACS10 configuration of the 256^4 lattice2023

    • Author(s)
      Yamazaki Takeshi、Ishikawa Ken-Ichi、Ishizuka Naruhito、Kuramashi Yoshinobu、Namekawa Yusuke、Taniguchi Yusuke、Ukita Naoya、Yoshie Tomoteru、PACS Collaboration
    • Organizer
      日本物理学会第78回年会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] Computation of proton decay matrix elements on top of the physical point2023

    • Author(s)
      Aoki Yasumichi、Kuramashi Yoshinobu、Shintani Eigo、Tsuj Ryutaroi、PACS Collaboration
    • Organizer
      日本物理学会第78回年会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] Model-dependent and independent analysis and comparison for pion charge radius2023

    • Author(s)
      Sato Kohei、Watanabe Hiromasa、Yamazaki Takeshi
    • Organizer
      日本物理学会第78回年会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] Search for physics beyond the standard model from 2+1+1 Flavor Lattice QCD with the Physical Quark Masses2023

    • Author(s)
      Ukita Naoya
    • Organizer
      15th symposium on Discovery, Fusion, Creation of New Knowledge by Multidisciplinary Computational Sciences
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Systematic error of model-independent method for pion charge radius2023

    • Author(s)
      Sato Kohei
    • Organizer
      15th symposium on Discovery, Fusion, Creation of New Knowledge by Multidisciplinary Computational Sciences
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 格子 QCD を用いた素粒子原子核物理の精密計算2023

    • Author(s)
      Sasaki Shoichi
    • Organizer
      The Tenth Project Report Meeting of the HPCI System Including Fugaku/The Sixth HPCI Consortium Symposium
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Fugaku advanced applications promoted by young project leaders2023

    • Author(s)
      Yamazaki Takeshi
    • Organizer
      The Tenth Project Report Meeting of the HPCI System Including Fugaku/The Sixth HPCI Consortium Symposium
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Exploration of physics beyond the standard model with master field lattice QCD2023

    • Author(s)
      Ukita Naoya
    • Organizer
      The Tenth Project Report Meeting of the HPCI System Including Fugaku/The Sixth HPCI Consortium Symposium
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] Calculations using PACS10 configuration2023

    • Author(s)
      Yamazaki Takeshi
    • Organizer
      Large-scale lattice QCD simulation and application of machine learning
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      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Wilson-Clover quark solver implementation on the supercomputer Fugaku2023

    • Author(s)
      Ishikawa Ken-ichi
    • Organizer
      Large-scale lattice QCD simulation and application of machine learning
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  • [Presentation] How to directly calculate pion charge radius without fitting2023

    • Author(s)
      Kohei Sato
    • Organizer
      Large-scale lattice QCD simulation and application of machine learning
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      2023 Annual Research Report
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  • [Presentation] Axial structure of the nucleon in large-volume lattice QCD at the physical point2023

    • Author(s)
      Tsuji Ryutaro
    • Organizer
      Large-scale lattice QCD simulation and application of machine learning
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      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Recent progress on nucleon form factors in lattice QCD at the physical point2023

    • Author(s)
      Sasaki Shoichi
    • Organizer
      Sixth Joint Meeting of the Nuclear Physics Divisions of the APS and the JPS
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    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 超大規模格子QCDによる新物理探索と次世代計算に向けたAI技術開発2023

    • Author(s)
      Yamazaki Takeshi
    • Organizer
      第3回 「富岳」成果創出加速プログラムシンポジウム「富岳百景」
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  • [Presentation] 『富岳』成果創出加速プログラム:プロジェクト紹介2023

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      Yamazaki Takeshi
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      「成果創出加速」基礎科学合同シンポジウム
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  • [Presentation] 大規模格子QCD計算による標準模型を超えた物理探索2023

    • Author(s)
      Yamazaki Takeshi
    • Organizer
      「成果創出加速」基礎科学合同シンポジウム
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  • [Funded Workshop] Large-scale lattice QCD simulation and application of machine learning2023

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Published: 2023-04-18   Modified: 2024-12-25  

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