2019 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、もし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,Σ,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。ハイペロンの相互作用は、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、既に確立してる伝統的な近似理論である Bruckner‐Hartree‐Fock 理論を採用している。
昨年度から、基礎理論から導いたバリオン間相互作用と BHF 理論の組み合わせ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マイナスには負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、影響かない場合からシフトしている。エネルギー準位は放出されるX線を測定することで実験的に判るので、理論計算で得られるシフトと実験値を比較することで理論を検証することができる。なお、実際に、J‐PARC にはΞ原子のX線を測定している実験グループがある。本年度は、Ξ‐ニッケル原子のエネルギー準位の計算を精密化した。その結果を日本物理学会学会第２０１９会秋季大会で発表した。
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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
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、研究の遂行に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計算を精密可できたので、おおむね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、本年度に実施した計算をさらに発展させ、実験と比較できるレベルにまで上げたい。これまでの計算は、計算の容易さからニッケル原子を選んでいたが、実際の実験で測定されているのは鉄原子である。今後は鉄原子のΞ束縛状態に対応したい。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解析用の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。解析用の計算機は今年度に購入して解析に用いる。
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[Journal Article] Lamda-Lamda and N-Xi interactions from Lattice QCD near the physical point2020
Author(s)
Kenji Sasaki, Sinya Aoki, Takumi Doi, Shinya Gongyo, Tetsuo Hatsuda, Yoichi Ikeda, Takashi Inoue, Takumi Iritani, Noriyoshi Ishii, Keiko Murano, Takaya Miyamoto
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Journal Title
Nuclear Physics
Volume: A998
Pages: 121737
DOI
Peer Reviewed
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