状態密度法による有限密度ＱＣＤの計算方法の開発

• Project Area: Research on the Emergence of Hierarchical Structure of Matter by Bridging Particle, Nuclear and Astrophysics in Computational Science
• Project/Area Number: 23105706
• 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: Niigata University
• Principal Investigator: 江尻 信司 新潟大学, 自然科学系, 准教授 (10401176)
• Project Period (FY): 2011-04-01 – 2013-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2012)
• Budget Amount: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2012: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2011: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
• Keywords: 素粒子論 / 計算物理

Outline of Annual Research Achievements

「強い相互作用」の理解に向けて、その基礎理論である量子色力学（ＱＣＤ）の数値シミュレーションは非常に強力な研究方法である。しかし、高密度状態での数値シミュレーションについては未だに確立した方法がない。そのため、ＱＣＤの高密度での性質は依然として未知のままである。本研究では、有限密度ＱＣＤで現れる諸問題の解決策を探り、高密度でも研究可能な数値シミュレーションの方法の確立を目指す研究を行った。
高密度でのＱＣＤの計算を実行しようとすると「符号問題」という深刻な問題が現れる。その符号問題を避ける方法として、「状態密度法」という技法と組み合わせて、符号問題を級数展開の収束性の問題にすりかえる方法を提案した。その方法がより高密度でのＱＣＤの研究を可能にするのではないかと考えている。まずその方法を、比較的計算が簡単な、すべてのクォーク質量が重い場合に適用して、状態密度法の中で中心的な役割をはたす「確率分布関数」の性質について議論した。その確率分布関数を調べることにより、クォーク質量と化学ポテンシャルの関数として、相転移が一次相転移か二次相転移かクロスオーバーかを識別し、その相転移の次数が変わる臨界面を任意の密度で具体的に決めることができた。それによって我々の方法の有用性を示した。
さらに、現実のクォーク質量近くでの計算を目指した、クォークが軽い場合も、小さな格子上のシミュレーションでテストした。符号問題を避ける方法もうまく機能して、低密度でクロスオーバーであった相転移が、高密度で一次相転移に変わる兆候を見つけることができた。そのような相転移の変化は現象論的な研究で予想されていて、高密度ＱＣＤの相構造の詳細な研究に進むための足がかりを、本研究によって与えることができたと考えている。

Research Progress Status

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Endpoint of first order phase transition in many flavor lattice QCD at finite temperature and density (2013)
  • Author(s): Shinji Ejiri and Norikazu Yamada
  • Journal Title: Physical Review Letters Volume: -
  • NAID: 120006748844
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Equation of state in 2+1 flavor QCD with improved Wilson quarks by the fixed scale approach (2012)
  • Author(s): T. Umeda, S. Aoki, S. Ejiri, T. Hatsuda, K. Kanaya, Y. Maezawa, H. Ohno
  • Journal Title: Phys. Rev. D Volume: 85ref.094508 Issue: 9 Pages: 1-11
  • DOI: 10.1103/physrevd.85.094508
  • NAID: 120006747040
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Numerical study of QCD phase diagram at high temperature and density by a histogram method (2012)
  • Author(s): S. Ejiri, S. Aoki, T. Hatsuda, K. Kanaya, Y. Nakagawa, H. Ohno, H. Saito, T. Umeda
  • Journal Title: Cent. Eur. J. Phys Volume: 10 Issue: 6 Pages: 1322-1325
  • DOI: 10.2478/s11534-012-0054-7
  • NAID: 120007137137
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Ab initio study of the thermodynamics of quantum chromodynamics on the lattice at zero and finite densities (2012)
  • Author(s): Shinji Ejiri, Kazuyuki Kanaya, and Takashi Umeda
  • Journal Title: Prog. Theor. Exp. Phys Volume: 2012 Issue: 1 Pages: 1-35
  • DOI: 10.1093/ptep/pts005
  • NAID: 120006747062
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Application of fixed scale approach to static quark free energies in quenched and 2 + 1 flavor lattice QCD with improved Wilson quark action (2012)
  • Author(s): Y. Maezawa, T. Umeda, S. Aoki, S. Ejiri, T. Hatsuda, K. Kanaya and H. Ohno
  • Journal Title: Prog. Theor. Phys Volume: 128 Issue: 5 Pages: 955-970
  • DOI: 10.1143/ptp.128.955
  • NAID: 110009553545
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Thermodynamics in 2+1 flavor QCD with improved Wilson quarks by the fixed scale approach (2012)
  • Author(s): T. Umeda, S. Aoki, S. Ejiri, T. Hatsuda, K. Kanaya, Y. Maezawa, H. Ohno (WHOT-QCD Collaboration)
  • Journal Title: Proceedings of Science Volume: LATTICE 2012 Pages: 074-074
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Probability distribution functions in the finite density lattice QCD (2012)
  • Author(s): S. Ejiri, Y. Nakagawa, S. Aoki, K. Kanaya, H. Saito, T. Hatsuda, H. Ohno, T. Umeda (WHOT-QCD collaboration)
  • Journal Title: Proceedings of Science Volume: LATTICE 2012 Pages: 089-089
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Phase structure of finite density QCD with a histogram method (2012)
  • Author(s): Y. Nakagawa, S. Ejiri, S. Aoki, K. Kanaya, H. Saito, H. Ohno, T. Hatsuda, T. Umeda (WHOT-QCD collaboration)
  • Journal Title: Proceedings of Science Volume: LATTICE 2012 Pages: 092-092
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Phase structure of finite temperature QCD in the heavy quark region (2011)
  • Author(s): H. Saito, S. Ejiri, S. Aoki, T. Hatsuda, K. Kanaya, Y. Maezawa, H. Ohno, T. Umeda
  • Journal Title: Phys. Rev. D Volume: 84ref.054502 Issue: 5 Pages: 1-9
  • DOI: 10.1103/physrevd.84.054502
  • NAID: 120005147853
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Charmonium spectral functions with the variational method in zero and finite temperature lattice QCD (2011)
  • Author(s): H.Ohno, et al
  • Journal Title: Physical Review D Volume: 84 Issue: 9 Pages: 1-13
  • DOI: 10.1103/physrevd.84.094504
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Histogram method in finite density QCD with phase quenched simulations (2011)
  • Author(s): Y.Nakagawa, et al
  • Journal Title: Proceedings of Science Volume: Lattice 2011 Pages: 208-208
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Finite density QCD phase transition in the heavy quark region (2011)
  • Author(s): H.Saito, et al
  • Journal Title: Proceedings of Science Volume: Lattice 2011 Pages: 214-214
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 有限温度多フレーバーQCDの相構造の研究 (2013)
  • Author(s): 江尻信司
  • Organizer: 日本物理学会、第68回年次大会
  • Place of Presentation: 広島大学
  • Year and Date: 2013-03-26
• [Presentation] Study of finite density lattice QCDby the histogram method (2012)
  • Author(s): Shinji Ejiri
  • Organizer: Symposium on Quarks to Universe in Computational Science (QUCS 2012)
  • Place of Presentation: 奈良県新公会堂
  • Year and Date: 2012-12-13
• [Presentation] Numerical study of QCD phase structure at finite temperature and density (2012)
  • Author(s): Shinji Ejiri
  • Organizer: Conference on Computational Physics 2012 (CCP 2012)
  • Place of Presentation: 神戸市、ポートアイランド
  • Year and Date: 2012-10-14
  • Invited
• [Presentation] Critical point in finite density 2-flavor QCD by the histogram method (2012)
  • Author(s): Shinji Ejiri
  • Organizer: Workshop on ``QCD Structure I''
  • Place of Presentation: Central China Normal University, Wuhan, China
  • Year and Date: 2012-10-10
  • Invited
• [Presentation] Phase structure of lattice QCD at finite density by a histogram method (2012)
  • Author(s): Shinji Ejiri
  • Organizer: International Workshop on the Sign Problem in QCD and Beyond
  • Place of Presentation: Regensburg, Germany
  • Year and Date: 2012-09-19
  • Invited
• [Presentation] Study of finite density lattice QCD by a histogram method (2012)
  • Author(s): Shinji Ejiri
  • Organizer: Workshop ``New Frontiers in Lattice Gauge Theory''
  • Place of Presentation: The Galileo Galilei Institute for Theoretical Physics, Florence, Italy
  • Year and Date: 2012-08-30
  • Invited
• [Presentation] Probability distribution functions in the finite density lattice QCD (2012)
  • Author(s): Shinji Ejiri
  • Organizer: Lattice 2012, International Symposium on Lattice Field Theory
  • Place of Presentation: Cairns, Australia
  • Year and Date: 2012-06-24
• [Presentation] 有限密度格子QCDにおける符号問題の解決に向けた状態密度法による試み (2012)
  • Author(s): 江尻信司
  • Organizer: 第２回HPCI戦略プログラム、分野２×分野５異分野交流研究会－量子モンテカルロ計算－
  • Place of Presentation: 東京大学、物性研究所
  • Year and Date: 2012-05-30
  • Invited
• [Presentation] Phase structure of finite density lattice QCD by a histogram method (2012)
  • Author(s): Shinji Ejiri
  • Organizer: YIPQS-HPCI international molecule-type workshop on New-type of Fermions on the Lattice
  • Place of Presentation: 京都大学基礎物理学研究所
• [Presentation] 有限温度密度格子QCD計算 (2011)
  • Author(s): 江尻信司
  • Organizer: 格子QCD将来戦略検討会
  • Place of Presentation: 東京大学理学部(招待講演)
  • Year and Date: 2011-07-27
• [Presentation] QCD thermodynamics by numerical simulations of Lattice QCD with Wilson-type quarks (2011)
  • Author(s): Shinji Ejiri
  • Organizer: International Conference on Ultra Relativistic Nucleus Nucleus Collisions (Quark Matter 2011)
  • Place of Presentation: Annecy,フランス
• [Presentation] 低密度領域における2フレーバー有限温度密度格子QCDの臨界線の研究 (2011)
  • Author(s): 江尻信司
  • Organizer: 日本物理学会2011年秋季大会
  • Place of Presentation: 弘前大学、青森県
• [Presentation] Study of QCD Phase Transition at Finite Density by a Histogram Method (2011)
  • Author(s): Shinji Ejiri
  • Organizer: Workshop On "Fluctuations, Correlations and RHIC Low Energy Runs"
  • Place of Presentation: Brookhaven National Laboratory,アメリカ合衆国(招待講演)
• [Presentation] Numerical Study of QCD Phase Diagram at High Temperature and Density by a Histogram Method (2011)
  • Author(s): Shinji Ejiri
  • Organizer: 7th International Workshop on Critical Point and Onset of Deconfinement (CPOD 2011)
  • Place of Presentation: 武漢、中国(招待講演)
• [Presentation] Finite Density Lattice QCD by a Histogram Method (2011)
  • Author(s): Shinji Ejiri
  • Organizer: 2nd Workshop on Quarks and Hadrons under Extreme Conditions-Lattice QCD, Holography, Topology, and Physics at RHIC/LHC
  • Place of Presentation: 慶応義塾大学、神奈川県(招待講演)
• [Presentation] 高温高密度での格子QCDシミュレーション (2011)
  • Author(s): 江尻信司
  • Organizer: 素核融合による計算基礎物理学の進展
  • Place of Presentation: 三重県志摩市
• [Presentation] Finite Density Lattice QCD (2011)
  • Author(s): 江尻信司
  • Organizer: HPCI研究会「計算的手法による素粒子論研究の広がり」
  • Place of Presentation: 高エネルギー加速器研究機構茨城県つくば市(招待講演)