2020 Fiscal Year Research-status Report
Unified understanding of anisotropic quantum many-body systems from extended Gaussian expansion methods
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17K14277
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| Research Institution | Japan Atomic Energy Agency |
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Principal Investigator |
鈴木 渓 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 先端基礎研究センター, 博士研究員 (40759768)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 量子色力学 / チャーモニウム / クォーコニウム / 相対論的重イオン衝突 / 少数多体系 / ゼーマン効果 / ハドロン / ヘビークォーク |
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| Outline of Annual Research Achievements |
RHICやLHCなどの加速器で行われている相対論的重イオン衝突実験では、高速で動く原子核同士の非中心的な衝突によって、量子色力学のスケールに匹敵するほどの強い電磁場が生成されることが期待されるが、その電磁場の強さは衝突原子核が離れていくにつれて急速に減衰していくため、電磁場中の物理現象に関する理論値と実験値を正しく比較するためには、電磁場の時間依存性を考慮した計算による物理量の予言が必須となる。特に、チャームクォークは衝突初期段階で対生成することが知られているため、チャームクォークを含む束縛状態として生成するハドロンに関する物理量は、電磁場に対する有意なプローブとなることが期待される。
当該年度の主な成果として、時間発展する磁場中のチャーモニウムに注目した数値シミュレーションを行った。磁場中のチャーモニウムにおいては、チャームクォークのランダウ準位に起因する効果とチャームクォークの磁気モーメントに起因する効果の両方を正しく考慮する必要があるが、これまでの研究ではこれらの効果がそれほど効かないパラメータ領域が注目されていたため、その定性的理解は未解明であった。本研究ではS波チャーモニウムに対する時間依存シュレディンガー方程式を数値的に解くことで、時間発展する磁場中でチャーモニウム状態がどのように変化していくかを予言した。例えば、基底状態は磁場の発展に伴い、異なるスピン固有状態との混合や異なる主量子数の固有状態への励起を起こす。これは、実験において基底状態の最終的な収量が抑制されることを意味しており、このような「残存確率」の提唱は、実験で得られる収量と理論値を比較する際に役立つことが期待される。
これらの成果は当該年度明けに原著論文としてまとめられ、現在投稿中である。また、磁場中のクォーコニウムについての先行研究をまとめたレビュー論文（招待論文）も完成し、現在投稿中である。
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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
時間発展する磁場中のチャーモニウムのシミュレーションに関する原著論文と磁場中のクォーコニウムに関するレビュー論文が完成したため、おおむね順調に進展していると評価する。
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| Strategy for Future Research Activity |
当該年度に得られた研究成果の素朴な拡張としては、時間依存シュレディンガー方程式の数値シミュレーションに対して、磁場以外の物理的効果を含めることで、加速器実験において現実的なチャーモニウム収量の予言ができるとよい。例えば、磁場とともに必然的に生じる電場の効果、クォーク・グルーオン・プラズマや高温のハドロンガスを想定した有限温度効果、近年RHICで観測された渦度効果などを含めた包括的なシミュレーションは重要な課題である。また、実際に実験で生成する粒子の多くは有限の運動量を持って動いている。磁場中で運動する荷電粒子はローレンツ力を受けるが、これに起因して（荷電粒子から成る２体系である）チャーモニウムも重心運動量があるとき磁場の影響を受ける。そのような効果も考慮したシミュレーションも重要な課題である。さらに、当該年度はS波チャーモニウムのみに注目したが、ボトモニウムやP波以上の高次部分波などの他の種類のハドロン系、さらにはポジトロニウムなどの類似する原子系・分子系への拡張も興味深い。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウイルス感染症の感染拡大の影響を受け、令和2年度に開催予定だった国内会議・国際会議の多くが中止あるいはオンライン会議となり出張を取りやめたため、出張に係る経費が次年度使用額として生じた。次年度使用額は、出張等に係る経費として使用する予定である。
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