2021 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 – 2023-03-31
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| Keywords | 量子色力学 / チャーモニウム / クォーコニウム / ゼーマン効果 / 少数多体系 / ヘビークォーク / ハドロン / 相対論的重イオン衝突 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2020年度に引き続き、磁場中のハドロンの性質を解明するための理論研究を行った。
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強い電磁場が生成されることが期待される。そのような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、電磁場の時間発展を考慮した計算が必須となる。特に、チャームクォークは磁場が存在する衝突初期段階で対生成するため、チャームクォークを含むハドロンの性質は、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。
2021年度における主な成果として、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により、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数値シミュレーションを行った。この計算には、チャームクォークのランダウ準位に起因する効果と磁気モーメントに起因する効果が含まれており、その両方がチャーモニウムの性質に有意な影響を及ぼす。結果として、磁場の時間発展に伴い、チャーモニウムの基底状態が異なるスピン固有状態と混合していく過程や、異なる主量子数の固有状態へと励起していく過程を定量的に示した。このような過程は、実験において基底状態の最終的な収量が（他状態への遷移を通して）抑制されることを意味している。そのような「残存確率」の提案は、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。これらの成果は原著論文としてまとめられ、Physics Letters Bに掲載された。また、磁場中のクォーコニウムについての先行研究を包括的にまとめたレビュー論文（招待論文）を執筆し、European Physics Aに掲載された。
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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
時間発展する磁場中のチャーモニウムの数値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ついての先行研究をまとめたレビュー論文が完成し、どちらも学術雑誌に掲載されたため、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 |
2021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、2021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 |
2020年度に引き続き、2021年度も新型コロナウイルス感染症(COVID-19)の流行によって、参加を予定していた国際会議・国内会議の開催形式がオンライン形式に変更になる等の理由により、旅費の支出額が当初計画よりも少額となったため、次年度使用額が生じた。次年度使用額は、2022年度に開催予定の国際会議・国内会議への参加に係る費用として使用を予定しているが、開催状況によっては、使用計画の再検討を行う。
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