格子量子色力学によるエキゾチックハドロンの数値的研究

• Project Area: Quest on new hadrons with variety of flavors
• Project/Area Number: 22105501
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: 滑川 裕介 筑波大学, 計算科学研究センター, 研究員 (00377946)
• Project Period (FY): 2010 – 2011
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2011)
• Budget Amount: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000); Fiscal Year 2011: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2010: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: 計算物理

Research Abstract

本研究の目的は、格子量子色力学シミュレーションを用いたエキゾチックハドロン候補状態の性質解明である。エキゾチックハドロンとは、クォーク二体から成る中間子、クォーク三体から成る重粒子に該当しない新形態粒子である。現在までに、幾つかのエキゾチックハドロン候補が理論的および実験的に挙げられている。ただし、エキゾチックハドロンの存在が全て確立したとは言い難い。本研究では、エキゾチックハドロン候補状態の性質を定量的に明らかにし、真にエキゾチックハドロンか判定する。
研究目的達成のため、Ds中間子系における質量スペクトル計算を行った。Ds中間子は、チャームクォークおよびストレンジクォークから構成される粒子である。このDs中間子系のスカラー状態DsO*(2317)および軸性ベクトル状態Ds1(2460)の質量は、標準的なポテンシャル模型から予想される値とは一致しない。このため、両者をエキゾチックハドロンとする様々な模型が提案されている。本研究では、DsO*(2317)およびDs1(2460)を通常のクォーク二体から成る中間子と捉え、両者のスペクトルを計算した。この計算を行う際、精度向上のため、相対論的重クォーク作用を用いて、重クォークに起因する離散化誤差を削減した。また、物理点直上でシミュレーションを実行し、クォーク質量の外挿による誤差を消滅させた。
本計算により、最終的にそれぞれの質量値として、DsO*(2317)=2335(35)(10)MeV、Ds1(2460)=2451(28)(11)MeVを得た。最初の括弧内数値が統計誤差であり、次の数値が系統誤差である。2体クォーク演算子を用いた我々のシミュレーション結果は、1～2%の精度で実験値を再現している。本研究により、DsO*(2317)およびDs1(2460)はエキゾチックハドロンではなく、クォーク二体からなる中間子である事が示された。

Research Products

• [Journal Article] Charm quark system at the physical point of 2+1 flavor lattice QCD (2011)
  • Author(s): Y.Namekawa, K.Yoshinobu, 他10名
  • Journal Title: Physical Review Volume: D84 Issue: 7 Pages: 1-11
  • DOI: 10.1103/physrevd.84.074505
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] ρ meson decay in 2+1 flavor lattice QCD (2011)
  • Author(s): N.Ishizuka, Y.Kuramashi, 他10名
  • Journal Title: Physical Reivew Volume: D84 Issue: 9 Pages: 94505-94505
  • DOI: 10.1103/physrevd.84.094505
  • NAID: 120007137355
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Charm quark system on the physical point in 2+1 flavor lattice QCD (2011)
  • Author(s): Y.Namekawa
  • Journal Title: PoS Volume: LAT2011,132
  • NAID: 120007137375
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Non-perturbative renormalization of quark mass in N_f=2+1 QCD with the Schroedinger functional scheme (2010)
  • Author(s): PACS-CS Collaboration: S.Aoki, et al
  • Journal Title: JHEP Volume: 1008,101
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Calculation of rho meson decay width from the PACS-CS configurations (2010)
  • Author(s): PACS-CS Collaboration: S.Aoki, et al
  • Journal Title: PoS Volume: LAT2010,108
• [Presentation] Charm quark physics from lattice QCD (2012)
  • Author(s): 滑川裕介
  • Organizer: KEK Flavor Factory Workshop
  • Place of Presentation: KEK(茨城県)
  • Year and Date: 2012-03-08
• [Presentation] Charm quark physics from lattice QCD (2012)
  • Author(s): 滑川裕介
  • Organizer: Elucidation of New Hadron with a Variety of Flavors
  • Place of Presentation: 大阪大学(大阪府)
  • Year and Date: 2012-02-20
• [Presentation] Charm quark physics from lattice QCD (2011)
  • Author(s): 滑川裕介
  • Organizer: HPCI workshop "Expanding the Horizon of Theoretical Particle Physics through Computational Methods"
  • Place of Presentation: KEK(茨城県)
  • Year and Date: 2011-12-19
• [Presentation] Charm quark physics from lattice QCD (2011)
  • Author(s): 滑川裕介
  • Organizer: 素核宇宙融合による計算基礎物理学の進展
  • Place of Presentation: 合歓の郷(三重県)
  • Year and Date: 2011-12-03
• [Presentation] Charm quark physics from lattice QCD (2011)
  • Author(s): 滑川裕介
  • Organizer: Hadron Structure and Interactions
  • Place of Presentation: 大阪大学(大阪府)
  • Year and Date: 2011-11-25
• [Presentation] 物理点における2+1フレーバー格子QCDシミュレーションによるチャームクォーク系の研究 (2011)
  • Author(s): 滑川裕介
  • Organizer: 日本物理学会
  • Place of Presentation: 弘前大学(青森県)
  • Year and Date: 2011-09-16
• [Presentation] Charm quark system on the physical point in 2+1 flavor lattice QCD (2011)
  • Author(s): 滑川裕介
  • Organizer: The XXIX International Symposium on Lattice Field Theory
  • Place of Presentation: The Village at Squaw Valley (USA)
  • Year and Date: 2011-07-11
• [Presentation] Charm quark system on the physical point in 2+1 flavor lattice QCD (2011)
  • Author(s): 滑川裕介
  • Organizer: 新学術領域「素核宇宙融合」×「新ハドロン」クロスオーバー研究会
  • Place of Presentation: 理化学研究所、計算科学研究機構(兵庫県)
  • Year and Date: 2011-06-23
• [Presentation] Charm quark system on the physical point in 2+1 flavor lattice QCD (2011)
  • Author(s): 滑川裕介
  • Organizer: "New Hadrons" workshop 2010
  • Place of Presentation: 理化学研究所、埼玉県
  • Year and Date: 2011-03-01
• [Presentation] Charm quark system on the physical point in 2+1 flavor lattice QCD (2010)
  • Author(s): 滑川裕介
  • Organizer: Lattice QCD confronts experiments, Japanese-German Seminar 2010
  • Place of Presentation: 三島商工会議所会館、静岡県
  • Year and Date: 2010-11-05