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2015 Fiscal Year Research-status Report

非自明な時空でのQCD真空構造の探求

Research Project

Project/Area Number 15K13479
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

福嶋 健二  東京大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (60456754)

Project Period (FY) 2015-04-01 – 2018-03-31
Keywordsクォーク物質 / カイラルフェルミオン / 真空構造の変化 / 強電磁場中の物性
Outline of Annual Research Achievements

本年度は主に強磁場中でのクォーク物質の応答、回転系でのクォーク物質の基底状態の変化、物性系における回転偏光電場中での物質の応答について示唆に富んだ成果をあげることができた。まず強磁場中のクォーク物質について、重いクォークの拡散係数をあからさまに計算し、それが磁場に平行な成分と垂直な成分で質的に全く異なる振る舞いをすることを示した。この発見は、相対論的重イオン衝突で観測されている重いクォークの楕円形フローが、従来の理論予想よりも大きいという問題に対して、定性的な説明を与えている。つぎに回転系について、回転を表す計量を入れた計算によって、回転の効果で質量の起源となるクォーク凝縮(カイラル凝縮)が小さくなることを発見した。また回転系に磁場を入れることにより、あたかも有限密度のクォーク物質に磁場を印加したかのような応答が見られることも確認した。このことより、フェルミオン系を回転させると、回転の効果は有限化学ポテンシャルの効果と等価である、ということが結論される。現在、この発見を中性子星の状態方程式の構成に取り入れるべく、より詳しく計算を進めているところである。さらに磁場と回転偏光電場が共存する場合に、量子異常によってトポロジー的に誘起される電荷が発現することを見出し、我々はこの効果を「カイラル・ポンプ効果」と命名し、ディラック半金属を用いた物性実験での検証可能性について議論した。回転系での計算とよく似た結果ではあるが、回転電場を表すベクトルポテンシャルを入れた計算であり、そのような時間的に周期的なポテンシャルが存在するときの定常状態の問題は一般にフロッケ理論によって取り扱えることが知られている。我々はフロッケ理論に高周波数展開を組み合わせて、トポロジー的な電荷を具体的に計算した。現在、高周波展開を用いない、より厳密な取り扱いによる計算を目指している。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

当初は曲がった時空中での「強い相互作用」の理論を研究する予定で、実際、加速度系におけるスカラー凝縮(例えば超流動成分など)に関して論文を発表した。この仕事は数学的には慎重な考察に基づいてなされた計算の結果であるが、加速度によってスカラー凝縮の値が大きくなる、という主張が従来の定説とあまりに違いすぎたために、論文雑誌の査読者からの理解がなかなか得られなかった。現在も複数の査読者たちに我々の主張の正当性を訴えているところである。そのため年度初めには研究計画への遅延が心配されたが、その後、方針転換し、回転偏光電場、強磁場、強磁場と回転の共存する系について、非自明な結果を得ることができた。これらの結果はいずれも査読付き論文雑誌に出版・受理されている(ただし最後の強磁場と回転の共存に関してのみ、査読者から好意的なレポートが送られてきて論文の体裁への修正が要求されたのち、まだ最終的なエディター判断を待っている状態)。特に、回転偏光電場や、回転系に関しては、つい最近、相対論的重イオン衝突実験の観点から急速な勢いで研究がなされつつあり、その勢いに先んじて、先駆的な仕事をすることができたのは、結果的には良い判断だったと考えている。また、今年度の成果は、単発的な仕事ではなく、発展性のある内容の基礎にあたる部分であり、次年度以降継続してさらに興味深い結果へとつながる期待を持っている。その意味においても、今年度の成果は長期計画上、意義深いものであり、総合的に見て、研究の進捗状況は、おおむね順調に進展していると判断した。

Strategy for Future Research Activity

回転偏光電場を利用したディラック半金属の物性のさらなる理論研究を進めている。これは回転系のフェルミオン系と極めて密接な接点を持っており、最初は気づかずに回転偏光電場と、回転系を別々に研究していたのだが、特にフロッケ理論による適当な基底の変換をすると、ほとんど同じ理論形式で書かれていることがわかる。特に面白いのは量子異常の効果が本質的であることが、従来とは全く違う形で理解される点である。このような純理論的な展開と並行しながら、今後は、実験への具体的な提案をしていきたいと考えてる。そのためにも高周波展開を排除したより完全な計算が必要となる。また回転系の核物質・クォーク物質に関しては、中性子星の観測と比較できるような物理量を計算することが必要である。実際、現在、中性子星の回転軸からの距離の関数としてカイラル凝縮を計算し、状態方程式を導出しようとしている。またいわゆる「カイラル渦効果」が最近、世界的に注目を集めつつあり、我々の計算はただちにカイラル渦効果へも応用できる。具体的にはカイラル渦効果への有効質量の影響を定量的に調べることを計画している。また、より観測を重視したところでは、これまでの計算の延長として、中性子星(より正確にはマグネター)からの黒体輻射で出てくるフォトンの偏光度の計算を進めている。この計算は非常に複雑な計算ではあるが、全て完了すれば、偏光フォトンの長時間測定によって、中性子星の表面磁場の強さを直接決定できるようになるはずである。これまでは中性子星の表面磁場の強さは、回転周期と、周期の時間変化率だけから推定されており、もしも直接測定が可能となったら、そのインパクトは計り知れないものがある。実際、そのような観測実験が2020年までに計画されており、それまでに理論予言を確立すべく研究を推進している。

  • Research Products

    (20 results)

All 2016 2015 Other

All Int'l Joint Research (3 results) Journal Article (6 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Peer Reviewed: 6 results,  Acknowledgement Compliant: 5 results) Presentation (11 results) (of which Int'l Joint Research: 9 results,  Invited: 9 results)

  • [Int'l Joint Research] イリノイ大学/ブルックヘブン国立研究所(米国)

    • Country Name
      U.S.A.
    • Counterpart Institution
      イリノイ大学/ブルックヘブン国立研究所
  • [Int'l Joint Research] リスボン大学(ポルトガル)

    • Country Name
      PORTUGAL
    • Counterpart Institution
      リスボン大学
  • [Int'l Joint Research] マックス・プランク研究所(ドイツ)

    • Country Name
      GERMANY
    • Counterpart Institution
      マックス・プランク研究所
  • [Journal Article] The Quarkyonic Star2016

    • Author(s)
      Kenji Fukushima, Toru Kojo
    • Journal Title

      Astrophysical Journal

      Volume: 817 Pages: 180

    • DOI

      10.3847/0004-637X/817/2/180

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Chiral pumping effect induced by rotating electric fields2016

    • Author(s)
      Shu Ebihara, Kenji Fukushima, Takashi Oka
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 93 Pages: 155107

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.93.155107

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Heavy quark diffusion in strong magnetic fields at weak coupling and implications for elliptic flow2016

    • Author(s)
      Kenji Fukushima, Koichi Hattori, Ho-Ung Yee, Yi Yin
    • Journal Title

      Physical Review D

      Volume: 93 Pages: 074028

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.93.074028

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Simulating net particle production and chiral magnetic current in a CP-odd domain2015

    • Author(s)
      Kenji Fukushima
    • Journal Title

      Physical Review D

      Volume: 92 Pages: 054009

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.92.054009

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Geometrically induced magnetic catalysis and critical dimensions2015

    • Author(s)
      Antonino Flachi, Kenji Fukushima, Vincenzo Vitagliano
    • Journal Title

      Physical Review Letters

      Volume: 114 Pages: 181601

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.114.181601

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Hamilton dynamics for Lefschetz-thimble integration akin to the complex Langevin method2015

    • Author(s)
      Kenji Fukushima, Yuya Tanizaki
    • Journal Title

      Progress of Theoretical and Experimental Physics

      Volume: 111 Pages: A01

    • DOI

      10.1093/ptep/ptv152

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] The Quarkyonic Star2016

    • Author(s)
      福嶋健二
    • Organizer
      日本物理学会第71回年次大会(2016年)
    • Place of Presentation
      東北学院大学(宮城県仙台市)
    • Year and Date
      2016-03-19 – 2016-03-19
  • [Presentation] Dynamically and Spatially Assisted CME2016

    • Author(s)
      Kenji Fukushima
    • Organizer
      QCD Chirality Workshop 2016
    • Place of Presentation
      Los Angeles, U.S.A.
    • Year and Date
      2016-02-23 – 2016-02-23
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Nambu-Jona-Lasinio Model: Harvests and Youngsters2015

    • Author(s)
      Kenji Fukushima
    • Organizer
      Nambu and Science Frontier
    • Place of Presentation
      大阪大学(大阪府吹田市)
    • Year and Date
      2015-11-17 – 2015-11-17
    • Invited
  • [Presentation] QCD in Heavy-Ion Collisions2015

    • Author(s)
      Kenji Fukushima
    • Organizer
      New Progress in Heavy Ion Collisions: What is Hot in the QGP
    • Place of Presentation
      Wuhan, China
    • Year and Date
      2015-10-07 – 2015-10-07
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] What flows in the chirally anomalous transport?2015

    • Author(s)
      Kenji Fukushima
    • Organizer
      25th International Conference on Ultra-Relativistic Nucleus-Nucleus Collisions (QM 2015)
    • Place of Presentation
      神戸ファッションマート(兵庫県神戸市)
    • Year and Date
      2015-09-29 – 2015-09-29
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] QCD in Heavy-Ion Collisions2015

    • Author(s)
      Kenji Fukushima
    • Organizer
      25th International Conference on Ultra-Relativistic Nucleus-Nucleus Collisions (QM 2015)
    • Place of Presentation
      神戸ファッションマート(兵庫県神戸市)
    • Year and Date
      2015-09-27 – 2015-09-27
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Quark loops and photons with CGC in pA2015

    • Author(s)
      Kenji Fukushima
    • Organizer
      Equilibrium mechanisms in Weakly and Strongly Coupled Quantum Field Theory
    • Place of Presentation
      Seattle, U.S.A.
    • Year and Date
      2015-08-25 – 2015-08-25
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] QCD under curvature and magnetic effects2015

    • Author(s)
      Kenji Fukushima
    • Organizer
      Gauge field topology from lattice simulations and solvable models to experiment
    • Place of Presentation
      New York, U.S.A.
    • Year and Date
      2015-08-18 – 2015-08-18
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] The complex Langevin and the Lefschetz thimble methods - supersymmetric Hamiltonian and the unification2015

    • Author(s)
      Kenji Fukushima
    • Organizer
      Numerical approaches to the holographic principle, quantum gravity and cosmology
    • Place of Presentation
      京都大学基礎物理学研究所(京都府左京区)
    • Year and Date
      2015-07-23 – 2015-07-23
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] New Approach to the Sign Problem: Hamiltonian Dynamics in the Lefschetz thimble and the Complex Langevin Methods and a Conjecture toward Unification2015

    • Author(s)
      Kenji Fukushima
    • Organizer
      Workshop on Dense Matter from Chiral Effective Theories
    • Place of Presentation
      Jilin, China
    • Year and Date
      2015-06-27 – 2015-06-27
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Geometrical Effects on Quark Matter2015

    • Author(s)
      Kenji Fukushima
    • Organizer
      sQGP and extreme QCD
    • Place of Presentation
      Beijing, China
    • Year and Date
      2015-05-25 – 2015-05-25
    • Int'l Joint Research / Invited

URL: 

Published: 2017-01-06   Modified: 2022-01-27  

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