2022 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 – 2024-03-31
Keywords	中性子星 / ハイペロン / 量子色力学 / 格子場の理論 / バリオン間力 / 離散化誤差
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てQCDから導出した。この部分は共同研究グループの下で行った。得られた相互作用と量子多体理論を組み合わせると、核物質中のハイペロンの化学ポテンシャルが求まるので、それを使って中性子星ハイペロン問題に挑んでいる。格子QCD数値計算によるバリオン間相互作用の導出には、共同研究グループが開発した HALQCD 法を用いている。2021年、ドイツの研究グループから、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、と指摘する論文が出版された。この指摘を受け、格子間隔を変えて相互作用を導出して比較する、と言う研究を開始した。この研究には、クォーク質量が同じで格子間隔だけが異なるゲージ配位のセットが、２つないし３つ必要である。本年度は、昨年度から行っていたゲージ配位の生成を完了させ、出来た配位を用いて相互作用の引き出しを行った。これらの大規模計算には理研 R-CCS の「富岳」を用いた。その結果、まだ現時点での暫定的な結論ではあるが、指摘の通りに強い依存性がある事が判明した。その途中経過と結果を、日本物理学会の2022年秋季大会と2023年春季大会で発表した。
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、本年度はウクライナ戦争の影響が大きかった。電気代の値上がりを受けて富岳の稼働率が制限され、秋までは検証に必要なゲージ配位の生成が思うように進まなかった。また、昨年度に引き続いて、新型コロナ感染症の影響も小さくなかった。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。また、国際会議に出席しての情報収集もできなかった。これらの要因で研究計画よりも遅れている。
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、格子QCDの数値計算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。本年度に行った計算結果から、まだ暫定的ではあるが、指摘の通りに強く依存する事が判明した。次年度は、この結果のさらなる検証と、原因の究明、対処法の模索を行いたい。この追加の研究は他への影響も大きく非常に重要なので、仮に、この追加研究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を自粛せざるを得なかった。また、計画では参加を予定していた国際会議も、参加を見送らざるを得なかった。年度末に開催された日本物理学会も、本来は対面のところ、オンラインで開催された。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実施できなかった為、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、情報収集、成果発表を精力的に行いたい。