格子QCDによるハイペロン相互作用の研究とハイパー核への展開

• Project Area: Nuclear matter in neutron stars investigated by experiments and astronomical observations
• Project/Area Number: 25105505
• 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: 根村 英克 筑波大学, 数理物質系, 准教授 (80391738)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000); Fiscal Year 2014: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2013: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
• Keywords: ハイペロン核子相互作用 / ハイパー核 / ストレンジネス / 少数多体問題 / 量子色力学 / 格子QCD / 核力 / エキゾチックハドロン / 格子ＱＣＤ

Outline of Annual Research Achievements

本研究課題は、なるべく物理点に近いクォーク質量領域において大きな空間体積を持った格子QCD計算を行い、ラムダ核子相互作用並びにシグマ核子相互作用の性質を、中心力、テンソル力、スピン軌道力について調べ、そこで得られたポテンシャルを用いて、軽いハイパー核の精密計算を実行し、ストレンジネスを含んだ一般化核力の性質を、これまで以上に定量的に明らかにしていくことを目指すものである。
平成26年度は、まず格子QCD計算部分の基本的な数値計算手法の開発を25年度に引き続き行った。具体的には、25年度に開発した、ラムダ核子、シグマ核子系をはじめとする複数の南部-Bethe-Salpeter波動関数を、一度の計算で同時に効率よく計算できる(例えば、クォーク演算子の内部自由度とフェルミ統計性に起因する演算の繰り返しの回数を、unified contraction法よりも数分の一程度に短縮することができる)アルゴリズムを、複数のGPGPUを利用できるように、CUDAを用いて実装することに成功した。すなわち、筑波大学計算科学研究センターの大型計算機であるHA-PACS上でMPI+OpenMPによるハイブリッド並列動作環境に加えてマルチGPUによる計算が可能となった。
また、π中間子の質量が約470MeVになるような重いクォーク質量での格子QCD計算によって、偶パリティの中心力およびテンソル力だけでなく、奇パリティ状態のスピン軌道力ポテンシャルが得られている。この格子QCDによる、新たにスピン軌道力を含む核力ポテンシャルを用いた、4核子系の精密計算を確率論的変分法を用いて行うことに成功した。現在の結果はまだ予備的なものであるが、従来の偶パリティ状態の中心力並びにテンソル力のみを用いた場合と比較して、核力ポテンシャルに新たに加えられた部分は弱い斥力的寄与を与えている。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Recent developments on LQCD studies of nuclear force (2014)
  • Author(s): H. Nemura (for HAL QCD Collaboration)
  • Journal Title: International Journal of Modern Physics E Volume: 23 Issue: 07 Pages: 1461006-1461006
  • DOI: 10.1142/s0218301314610060
• [Journal Article] ΛN and ΣN Interactions from Lattice QCD (2013)
  • Author(s): Hidekatsu Nemura (for HAL QCD Collaboration)
  • Journal Title: Few Body Systems Volume: 54 Issue: 7-10 Pages: 1223-1226
  • DOI: 10.1007/s00601-013-0677-2
• [Journal Article] An implementation of hybrid parallel C++ code for the four-point correlation function of various baryon-baryon systems (2013)
  • Author(s): Hidekatsu Nemura (for HAL QCD Collaboration)
  • Journal Title: PoS Volume: LATTICE 2013
• [Presentation] Stochastic variational calculation of 4He using lattice NN potential (2015)
  • Author(s): H. Nemura, (for HAL QCD Collaboration)
  • Organizer: International Workshop on New Frontier of Numerical Methods for Many-Body Correlations ― Methodologies and Algorithms for Fermion Many-Body Problems
  • Place of Presentation: Hongo campus, The University of Tokyo
  • Year and Date: 2015-02-18 – 2015-02-21
  • Invited
• [Presentation] 格子QCD計算によるハイペロンポテンシャルと核子多体系への適用 (2014)
  • Author(s): 根村英克, for HAL QCD Collaboration
  • Organizer: RCNP研究会 "QCDを基礎とする核子多体系物理の理解"
  • Place of Presentation: 大阪大学 核物理研究センター, 大阪府茨木市美穂ヶ丘10-1
  • Year and Date: 2014-12-19 – 2014-12-20
• [Presentation] 格子QCDによるハイペロンポテンシャルとハイパー核(II) (2014)
  • Author(s): 根村英克, for HAL QCD Collaboration
  • Organizer: 「ストレンジネスを含む原子核の最近の展開」研究会
  • Place of Presentation: 熱川ハイツ, 静岡県賀茂郡 東伊豆町奈良本１２４０－１４
  • Year and Date: 2014-09-25 – 2014-09-27
• [Presentation] 格子QCDによる一般化核力研究のための高速アルゴリズムの検討 (2014)
  • Author(s): 根村英克
  • Organizer: 日本物理学会
  • Place of Presentation: 東海大学湘南キャンパス