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2016 Fiscal Year Annual Research Report

格子QCDで探るアクシオン宇宙

Research Project

Project/Area Number 15H03669
Research InstitutionHigh Energy Accelerator Research Organization

Principal Investigator

北野 龍一郎  大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 教授 (50543451)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 山田 憲和  大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 研究機関講師 (50399432)
Project Period (FY) 2015-04-01 – 2019-03-31
Keywords素粒子論
Outline of Annual Research Achievements

本研究は、素粒子の奇妙な性質である「強いCP問題」に関して理論的、また数値的な手法により問題自体をより深く理解し、その解法を探るものである。これまで、格子ゲージ理論を用いて、位相荷を直接測定する方法を試み、高温領域での振る舞いを調べ、その理論的解釈を行ってきた。また、それを用いて強いCP問題の解の一つである「アクシオン模型」における宇宙のアクシオンの存在量の計算を行った。
今年度は、この直接的手法には高温領域、もしくは、クォーク質量の小さい領域では計算能力に限界があることを踏まえ、位相荷を固定して作用の期待値を計算することにより、非自明な位相荷の情報を統計的限界なく調べる手法を開発し、その有用性を確かめ、論文として発表した。
また、強いCP問題のもう一つの解とされる「ゼロ質量クォーク」についての研究も進めた。これまで、格子ゲージ理論による中間子質量計算と実測値との比較から、一番軽いとされるアップクォークの質量は統計的に有意にゼロでないことが知られていて、強いCP問題はこの方向では解決されないという理解がされてきた。しかし、理論的にはクォークの質量は観測量ではないため、その定義自体に曖昧さが残る。特に、実際の世界のようにクォークの質量が縮退していない場合は、非摂動的に生成される加法的くりこみ(量子論的な質量のずれ)の効果を考慮すると「ゼロ質量」の定義はエネルギースケールやくりこみ手法に依存したものとなってしまう。そこで、我々は一般的に使われているクォーク質量の定義(ウィルソンフェルミオンにおけるPCAC質量)に基づき、それが「ゼロ」となる場合に、実際に強いCP問題は解決されるのか?つまり、インスタントンが現れなくなるのか?という問いを人工的にアップクォークの質量だけを小さくしたような世界でシミュレーションを行い、研究の進展状況をLattice2016国際会議で発表した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

位相感受率の測定において、新手法の開発をおこない、世界に先駆けてそれを発表できた。また、クォーク質量のユニークな計算も順調に進んでいる。ただ、予期せぬ事態として、高エネルギー加速器研究機構のスーパーコンピューターが2017年度途中で停止することとなり、2016年度中にその代わりの計算資源の獲得努力が必要となった。

Strategy for Future Research Activity

今後は、新手法にさらに理論的考察を取り入れ、位相感受率だけでなく、様々な物理量を有限温度で調べる方法を探る。また、クォーク質量の研究では、さらに統計量を増やし、連続極限での振る舞いや、格子化したことによる効果の見積もりなどを行い、「ゼロ質量問題」の決着を目指す。

  • Research Products

    (20 results)

All 2017 2016 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (7 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Open Access: 7 results,  Acknowledgement Compliant: 7 results,  Peer Reviewed: 5 results) Presentation (11 results) (of which Int'l Joint Research: 9 results,  Invited: 8 results) Remarks (1 results)

  • [Int'l Joint Research] ウィスコンシン大学(米国)

    • Country Name
      U.S.A.
    • Counterpart Institution
      ウィスコンシン大学
  • [Journal Article] Simulation of SU(2) gauge theory with improved domain-wall fermions2017

    • Author(s)
      Hideo Matsufuru, Norikazu Yamada
    • Journal Title

      PoS LATTICE2016

      Volume: - Pages: 385

    • Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] More on Electroweak-Skyrmion2017

    • Author(s)
      Ryuichiro Kitano, Masafumi Kurachi
    • Journal Title

      Journal of High Energy Physics

      Volume: - Pages: -

    • DOI

      -

    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Electroweak-Skyrmion as Topological Dark Matter2016

    • Author(s)
      Ryuichiro Kitano, Masafumi Kurachi
    • Journal Title

      Journal of High Energy Physics

      Volume: 1607 Pages: 037

    • DOI

      10.1007/JHEP07(2016)037

    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Nf=1+2 mass dependence of the topological susceptibility2016

    • Author(s)
      Julien Frison, Ryuichiro Kitano, Norikazu Yamada
    • Journal Title

      PoS LATTICE2016

      Volume: - Pages: 323

    • Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Primordial Lepton Oscillations and Baryogenesis2016

    • Author(s)
      Yuta Hamada, Ryuichiro Kitano
    • Journal Title

      Journal of High Energy Physics

      Volume: 1611 Pages: 010

    • DOI

      10.1007/JHEP11(2016)010

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Topological susceptibility at high temperature on the lattice2016

    • Author(s)
      J. Frison, R. Kitano, H. Matsufuru, S. Mori, N. Yamada
    • Journal Title

      Journal of High Energy Physics

      Volume: 1609 Pages: 021

    • DOI

      10.1007/JHEP09(2016)021

    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] MSSM without free parameters2016

    • Author(s)
      Ryuichiro Kitano, Ryuji Motono, Minoru Nagai
    • Journal Title

      Physical Review D

      Volume: 94 Pages: 115016

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.94.115016

    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] Lattice QCD approach to axion physics2016

    • Author(s)
      山田 憲和
    • Organizer
      IBS-PNU Joint Workshop on Particle Physics and Cosmology
    • Place of Presentation
      Pusan (Korea)
    • Year and Date
      2016-12-03 – 2016-12-03
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Primordial Lepton Oscillation and Baryogenesis2016

    • Author(s)
      北野龍一郎
    • Organizer
      新学術領域研究「ニュートリノフロンティアの融合と進化」研究会 2016
    • Place of Presentation
      山代温泉 ゆのくに天祥(石川県加賀市)
    • Year and Date
      2016-11-28 – 2016-11-28
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Topological susceptibility at high temperature2016

    • Author(s)
      山田 憲和
    • Organizer
      Japanese-German Seminar 2016
    • Place of Presentation
      新潟大学(新潟県新潟市)
    • Year and Date
      2016-09-28 – 2016-09-28
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Constraining Axion with Lattice QCD2016

    • Author(s)
      山田 憲和
    • Organizer
      「離散的手法による場と時空のダイナミクス」研究会2016
    • Place of Presentation
      静岡労政会館(静岡県静岡市)
    • Year and Date
      2016-09-17 – 2016-09-17
    • Invited
  • [Presentation] 暗黒物質2016

    • Author(s)
      北野龍一郎
    • Organizer
      ヒッグス粒子発見後の素粒子物理学の新展開 キックオフ会合
    • Place of Presentation
      東京大学本郷キャンパス(東京都文京区)
    • Year and Date
      2016-08-30 – 2016-08-30
    • Invited
  • [Presentation] A new method to determine the topological susceptibility at high-temperature2016

    • Author(s)
      Julien Frison
    • Organizer
      The 14th International workshop on QCD in extreme conditions (XQCD 2016)
    • Place of Presentation
      Plymouth (UK)
    • Year and Date
      2016-08-01 – 2016-08-03
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Strong CP problem and axion on the lattice2016

    • Author(s)
      北野龍一郎
    • Organizer
      Santa Fe 2016 Summer Workshop
    • Place of Presentation
      Santa Fe (USA)
    • Year and Date
      2016-07-08 – 2016-07-08
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Determination of topological charge following several definitions2016

    • Author(s)
      Julien Frison
    • Organizer
      The 34th International Symposium on Lattice Field Theory (Lattice 2016)
    • Place of Presentation
      Southampton (UK)
    • Year and Date
      2016-06-25 – 2016-06-25
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Strong CP problem and axion on the lattice2016

    • Author(s)
      北野龍一郎
    • Organizer
      The 1st KEK-KIAS-NCTS Joint Work- shop on Particle Physics Phenomenology
    • Place of Presentation
      Hsinchu (Taiwan)
    • Year and Date
      2016-05-26 – 2016-05-26
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Strong CP problem and axion on the lattice2016

    • Author(s)
      北野龍一郎
    • Organizer
      The IBS-SNU joint workshop on particle physics
    • Place of Presentation
      Seoul (Korea)
    • Year and Date
      2016-05-03 – 2016-05-03
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Strong CP Problem2016

    • Author(s)
      北野龍一郎
    • Organizer
      QCD Club
    • Place of Presentation
      東京大学本郷キャンパス(東京都文京区)
    • Year and Date
      2016-04-27 – 2016-04-27
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Remarks] 格子QCDで探るアクシオン宇宙

    • URL

      http://research.kek.jp/people/kitano/axion/

URL: 

Published: 2018-01-16   Modified: 2022-08-26  

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