2017 Fiscal Year Annual Research Report
量子色力学を基にした原子核構造の解明へ向けた基礎研究
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16H06002
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
山崎 剛 筑波大学, 数理物質系, 准教授 (00511437)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 素粒子論 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
強い相互作用はクォーク・グルーオンをハドロンに閉じ込めるだけでなく、陽子・中性子(核子)が原子核内で束縛する核力の起源でもある。この強い相互作用の特徴であるクォーク・グルーオンから原子核という階層構造を統一的に扱い、第一原理計算である格子量子色力学計算から原子核の性質を定量的に理解することが本研究の最終目標である。
この目標に向かい、(1)現実的クォーク質量での軽原子核計算、(2)原子核直接計算の信頼性の検証、(3)ハドロン形状因子の計算の研究、(4)新しい散乱物理量の計算方法の開発を行った。(1)からは、現実に近いクォーク質量の計算では統計揺らぎを抑えることが非常に難しいため、まだ明確な結果は得られていない。(2)では、クォーク質量以外の系統誤差、特に励起状態の寄与について調査を行った。束縛エネルギー計算に要求される条件を満たすように計算を実行した結果、二つの異なる演算子から得られた二核子束縛エネルギーが一致したことから、この系統誤差はこれまの計算では非常に小さいと考えられる。今後は、さらに信頼性の高い計算から調査を進める。(3)では、ハドロン構造に関係する形状因子を、パイ中間子と核子について、現実に近いクォーク質量で計算を行った。それぞれの計算で実験値を再現する結果が得られた。核子形状因子の研究では、平成28年度実施課題におけるHPCI利用研究課題優秀成果賞を受賞したことは特筆すべきことである。現在、これらの成果を論文としてまとめている。(4)では、これまでの散乱振幅計算方法を再検討し、新しい計算方法の提案とその方法を用いた試験的計算を行い、これまでの計算方法と一致する結果が得られることを確認した。
これらの研究成果は、毎年開催される格子量子色力学の国際会議Lattice2017や、その他の国際会議、国内研究会で報告し、関連研究分野の研究者へ成果を公表した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
上で説明した各研究についての進捗状況をまとめる。
(1)現実的なクォーク質量でのヘリウム4以下の軽原子核について計算を行った。この計算は以前からの継続計算で、本研究課題が始まる前までに、約6万4千測定の計算を終了していた。この計算を継続し、平成29年度末までに約2倍の10万測定に達した。重陽子の束縛エネルギーは実験から予想される値を大きな誤差で再現する結果が得られているが、大きな統計揺らぎを抑えるにはまだ統計が不十分である。
(2)これまでの束縛エネルギー計算に含まれる可能性のある、励起状態の寄与による系統誤差を調べるため、二つの演算子を用いた二核子束縛エネルギーの継続計算を行った。束縛エネルギーを相関関数から求める際に満たすべき条件に注意し、相関関数の時間領域を選択した結果、二つの結果が一致することを、平成28年度の結果よりも高精度な結果と、複数の体積での計算から示した。この結果から、これまで行ってきたように正しい計算を行えば、励起状態の寄与は十分抑えられると考えられる。
(3)本研究課題を申請した際は、ハドロン構造に関係する計算としてパイ中間子形状因子の計算を計画していたが、それに加え核子形状因子の計算も実行している。現実に近いクォーク質量を用いた、これらの計算は順調に進み、現在成果を論文としてまとめている段階である。さらに、これまでの計算より大きな体積での計算を開始し、核子形状因子については良好な結果が得られている。
(4)格子QCD計算から二体散乱振幅を求めるこれまでの方法の導出に出てくる二体波動関数の性質を場の理論の枠内で再検討し、新しい散乱振幅計算方法を提案した。その後、最も単純な二体ハドロン散乱系であるアイソスピン2のパイ中間子散乱系で、この方法が正しく機能するかの検証研究を行い、これまでの計算方法と一致する結果が得られることを示した。
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| Strategy for Future Research Activity |
上で説明した各研究についての今後の研究方針をまとめる。
(1)統計誤差を抑えるため、測定数を大幅に増やすことを第一目標とする。この目標達成のため、これまでに提案されている数値計算を加速する方法を検討する。有効な方法を採用しても、ヘリウム4、ヘリウム3の束縛エネルギーは統計的に有意な結果を得ることは難しい可能性がある。その場合は、二核子系に注目し、この系で統計的に有意な結果が得られれば、その成果を論文としてまとめる。ヘリウム4、ヘリウム3については、その後の継続研究とする。
(2)励起状態の寄与について、さらに理解を深めるため、より信頼性の高い対角化を用いた解析方法の計算を行い、これまで得られた結果との比較を行う。
(3)現実的なクォーク質量を用いたパイ中間子形状因子と核子形状因子の計算を継続する。一辺が8.1fmの体積計算は終了したので、それよりも大きな体積である、一辺10fmの計算を行い、これまでよりも精度の高い結果を求める。
(4)現在までに得られた新しい散乱振幅計算方法の成果を論文としてまとめる。その後、二体波動関数を用いた新しい解析方法の開発研究を行う。
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