2021 Fiscal Year Research-status Report

Challenge to the neutron star hyperon problem based on the lattice QCD numerical calculation

Research Project

Project/Area Number	18K03628
Research Institution	Nihon University
Principal Investigator	井上貴史日本大学, 生物資源科学部, 教授 (80407353)
Project Period (FY)	2018-04-01 – 2023-03-31
Keywords	中性子星 / ハイペロン / 量子色力学 / 格子場の理論
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、もし存在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、もし存在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。この問題を解く鍵はハイペロンと核子の相互作用である。ハイペロンの相互作用は、実験的な情報が乏しいので、本課題では大規模な格子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。基礎理論 QCD からのバリオン間相互作用を引き出しには、共同研究グループが独自に開発した方法、すなわち HALQCD 法を用いている。昨年、HALQCD 法で引き出した相互作用は用いた格子の間隔に強く依存する、と言う指摘がドイツの研究グループによって出版された。その指摘に対応するため、実際に格子間隔を変えて HALQCD 法で相互作用を引き出し比較する、と言う検証を開始した。この検証には、クォーク質量は同じだが格子間隔は異なるゲージ配位の集合が、２つないし３つ必要である。本年度は、理研 R-CCS の大型計算機「富岳」を用いて、その様なゲージ配位の生成を行った。そして、その途中経過を日本物理学会第７７回年次大会にて発表した。ゲージ配位の生成は富岳を用いても時間が掛かるため、現在も継続して行っている。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 4: Progress in research has been delayed. 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が、実績の欄で述べた様に、他研究グループからの指摘を受けて、本研究の基盤として用いている独自に開発した方法の検証が必要になった。これは計画の段階では予定しなかった事であり、その意味で、計画と比べて遅れが発生していると言える。また、本年度は新型コロナ感染症の影響も大きかった。出張の自粛が求められ、共同研究者との対面での打ち合わせができなかった為、新に発生した必要な作業を素早く開始する事ができなかった。また、所属大学においても、オンライン授業やオンライン試験などの余計な業務が増え、研究時間を削られる事があった。
Strategy for Future Research Activity	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が、実績の欄で述べた様に、他研究グループからの指摘を受けて、本研究の基盤として用いている独自に開発した方法の検証が必要になり、現在はこれに取り組んでいる。具体的には、基礎理論から引き出したハドロン間相互作用が用いた格子の間隔に強く依存するか、の検証を行っている。この検証は重要なので最優先で進めたい。本年度に継続して、次年度はゲージ配位の生成を理研 R-CCS の富岳を用いて行い、配位が得られ次第、相互作用を引き出して検証を行う。この検証は他への影響も大きく非常に重要なので、仮に、この検証で研究期間が終ってしまい当初の目標が達成できなかったとしても、十分に意義のある計画変更であると考えている。
Causes of Carryover	昨年度に続き、本年度も新型コロナ感染症の影響を大きく受けた。予定していた研究打ち合わせの為の出張のほとんどを自粛せざるを得なかった。また、年度末に開催された日本物理学会第７７回年次大会は、岡山大学での現地開催が予定されていたが、直前になってオンライン開催に変更された。この様に、予定していた出張が新型コロナ感染症の影響でできなかった為、旅費の出費が大幅に少なくなった。これが次年度使用額が発生した理由である。次年度は新型コロナ感染症も収まり、出張が行えると期待している。これまでの遅れを取り戻すべく、研究打ち合わせや成果発表を精力的に行いたい。