2015 Fiscal Year Annual Research Report
クォーク物質における非一様カイラル相での磁気的性質の解明
| Project/Area Number |
15J01814
|
|---|
| Research Institution | Kyoto University |
|---|
Principal Investigator |
吉池 遼 京都大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2015-04-24 – 2018-03-31
|
| Keywords | QCD相図 / 磁場 / マグネター / 自発磁化 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
平成27年度の研究目的であった、平均場近似の下でのNJL模型を用いてクォーク物質の磁場に対する応答の解析は、予定通り遂行でき十分な議論を重ねることが出来たと考える。その結果、非一様カイラル相にあるクォーク物質は自発磁化を持つことを示すことが出来た。これにより、中性子星に存在するとされている、非常に強い磁場がクォーク物質起源で説明できる可能性が示唆された。この得られた結果を元に、複数の学会、研究会において口頭発表とポスター発表を行った。さらにこれらの研究成果がまとめられた論文がPhysics Letter Bに掲載された。
さらに非一様カイラル相にあるクォーク物質の磁気的性質の解析を進め、従来の強磁性相とは異なる2つの性質を見出した。１つ目は、２次相転移点で磁気感受率が発散せず、連続に変化するということである。２つ目は、クォーク物質が強磁性を示すにもかかわらず、マグノンのようなNGモードは現れないということである。これらの結果を元に、日本物理学会において口頭発表を行った。またこれらの研究成果を、近日中に論文にまとめる予定である。
またクォークのカレント質量を考慮したときの、磁場中の相構造についても解析を進めた。その結果、カイラル極限の場合に比べて非一様カイラル相の領域は減少するものの、十分高温低密度領域まで非一様カイラル相が広がることが分かった。この現象は磁場中のカイラルアノマリーによって引き起こされる。また磁場がないときの非一様カイラル相の領域は、低温高密度領域に限られており、そこでは符号問題のために格子QCDの計算を行うことは困難であった。しかし、磁場をかけて非一様カイラル相が高温低密度領域まで広がることにより、格子QCDによる直接の検証ができる可能性を示した。この結果を元に、日本物理学会において口頭発表を行った。さらにこれらの研究成果がまとめられた論文が、Physical Review Dに掲載された。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成２７年度の研究実施計画では、磁場に対するクォーク物質の応答と磁気的性質の解析と、外部磁場と有限カレント質量のある元での非一様構造の検証を行う予定であった。これらの課題については、おおむね順調に進展していると考えられる。
特に外部磁場と有限カレント質量がある下での非一様構造の研究に関しては、大きな進展があり、日本物理学会で口頭発表を行った。また、すでに論文にまとめられ出版されている。この研究では、NJL模型を基に外部磁場と有限カレント質量の効果を取り入れ、妥当な非一様構造を提案するとともに、非一様カイラル相が高温低密度領域まで広がる可能性を示した。また磁場中での非一様カイラル相の広がりには、有限カレント質量があっても、アノマリーの効果が重要になっていることも明らかになった。この結果により、従来の非一様カイラル相は格子QCD計算を行うことが困難な領域に現れていたが、磁場をかけることにより非一様カイラル相の存在が、格子QCD計算で直接検証できることが示唆された。
また、磁場に対するクォーク物質の応答と磁気的性質の研究に関しても十分な進展があり、すでに日本物理学会で口頭発表を行った。まだ論文として出版はされていないが、近々まとめる予定である。この研究では、非一様カイラル相転移を起こすクォーク物質においては、２次相転移点で磁気感受率が発散しないことと、マグノンのようなNGモードは現れないことを示した。これらの性質はいずれも、従来知られていた強磁性を持つ物質では見られなかったものである。
|
| Strategy for Future Research Activity |
本研究課題の今後については、当初の研究計画に則って２通りの方針が挙げられる。
１つ目は、非一様カイラル相が中性子星の物理に与える影響の検証である。すでに非一様カイラル相を含むような状態方程式についての先行研究が存在するが、カレント質量の効果を無視するなど大雑把な評価になっている。より定量的に解析を進めるためには、我々の行ったカレント質量の効果を取り入れた研究を発展させる必要がある。さらに非一様カイラル相にあるクォーク物質が持つ自発磁化が作り出す磁場を定量的に評価し、現実の観測との一致性を検証したい。
２つ目は、揺らぎの効果を取り入れた非一様カイラル相の解析である。まずは汎関数繰り込み群を用いる前に、乱雑位相近似の範囲内で揺らぎを取り込み、解析的な計算をしたい。すでに揺らぎの効果によって、カイラル対称性が回復した相とカイラル非一様相との相転移の次数が、２次から１次に変わることが知られている。先行研究と同様に乱雑位相近似を用い、相転移点でのエントロピーなどの物理量の振る舞いが揺らぎによってどのように変化するかを解析したい。これにより低エネルギー重イオン衝突実験で高密度クォーク物質が作り出された時、非一様カイラル相の存在の証拠となるような顕著な振る舞いを提案したい。また、この研究については京都大学の李東奎氏も共同で行う予定である。
|
