2018 Fiscal Year Research-status Report
Challenge to the neutron star hyperon problem based on the lattice QCD numerical calculation
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18K03628
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| Research Institution | Nihon University |
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Principal Investigator |
井上 貴史 日本大学, 生物資源科学部, 教授 (80407353)
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2018-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 中性子星 / ハイペロン / 量子色力学 / 格子場の理論 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題は、中性子星のハイペロン問題に、基礎理論であるQCDの数値計算に基づいて挑戦するものである。すなわち、中性子星の核にハイペロンは存在するのか否か、もしするのであれば太陽質量の２倍を越える中性子星はどの様に支えられているのか、しないのであれば自然な予想に反して超高密度物質のなかにハイペロンが混ざらないのは何故なのか、を明らかにしようとしている。ここで、ハイペロンとはストレンジネスを持ったバリオンであり、ΛとΣとΞなどが存在する。また、バリオンとは核子（陽子・中性子）の仲間の総称である。この問題を解く鍵の１つはハイペロンと核子の相互作用であり、もう１つはバリオン量子多体理論である。相互作用は、実験的な情報が乏しいので、大規模な格子QCDの数値計算を実施し、基礎理論から導出した。この部分は研究協力者を含めた共同研究グループの下で行った。バリオン量子多体理論には、既に確立している Bruckner-Hartree-Fock 理論を採用している。
本年度は、基礎理論から導いたバリオン間相互作用と BHF 理論を組み合わせた枠組みが有効であることを検証する目的で、Ξハイペロンと原子核からなる系の研究を開始した。Ξマイナスは電荷があるので原子核に束縛されて原子をつくる。そのエネルギー準位はバリオン間相互作用の影響でシフトしている。それらのエネルギー準位はX線を測定することで実験的に判るので、理論の正しさを検証する事ができる。本年度は、大胆な近似を用いて、Ξ-ニッケル原子のエネルギー準位を求めた。その結果は日本物理学会学会第７４会年次大会で発表した。J-PARC で実際にΞ原子のX線を測定している実験グループから大きな反響があった。
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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
本研究は、中性子星のハイペロン問題を基礎理論から解明する事を目指している。研究に用いる理論的枠組みを実験データから検証する事は必要不可欠なステップである。Ξ原子は本研究課題で用いている理論的枠組みを検証するには最適な対象である。本年度は、そのΞ原子のエネルギー準位の大まかな計算まで進む事ができたので、順調に進展していると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度には、本年度に実施した予備計算を発展させて、Ξ原子のエネルギー準位の精密な計算を実施したい。そのためには有効G行列ポテンシャルの密度依存性や虚部の取扱いなど、越えなければならない点が幾つかある。文献を調査するなどして乗り越えたい。
現在、実験施設 J-PARC ではΞ原子のX線の測定が進んでおり、数年以内に実験データが利用可能になると思われる。その時に比較ができる様に、精密な計算結果を準備しておきたい。
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| Causes of Carryover |
当初の計画では本年度に計算機を購入予定であったが、性能とコストを詳しく評価検討した結果、次年度に購入した方が効果的であると判明したため、購入を見送った。そのために若干の次年度使用金が生じた。そのぶんは次年度に解析用の計算機の購入にあてる。
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