2019 Fiscal Year Research-status Report
Nonperturbative Properties in Quantum Chromodynamics and Quarks, Gluons, Hadrons in Extreme Conditions
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19K03869
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
菅沼 秀夫 京都大学, 理学研究科, 准教授 (10291452)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 量子色力学(QCD) / クォーク / グルーオン / 格子ゲージ理論 / 閉じ込め / 非摂動 / 強磁場 / ホログラフィックQCD |
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| Outline of Annual Research Achievements |
強い相互作用の基礎理論である量子色力学(QCD)に基づき、カラーの閉じ込めなどの非摂動的物理量に関する研究を行った。クォークの閉じ込め機構の有力な仮説の１つに、南部らが提唱した 「双対超伝導描像」がある。これは、非摂動的QCD真空を「超伝導と双対な系」と捉え、カラーモノポール凝縮により、カラー電束の１次元化を説明する物理的な描像であるが、可換ゲージ理論に基づいており、非摂動的QCDを記述する有効可換ゲージ自由度が研究されてきた。
1．格子QCDにより、ハドロンの「第１グルーオン励起エネルギー」に関するアーベリアン・ドミナンスを世界で初めて示した。ここで、グルーオン励起は、ハイブリッドと呼ばれるエキゾチック・ハドロンとも関連する興味深い物理量であるが、これに対して、最大可換ゲージでのSU(3)QCDを用いて、可換ゲージ自由度の本質的役割を示した。
２．クォーク閉じ込めに対する双対超伝導描像の定量的研究を行った。最大可換ゲージでのSU(3)QCDに対して、大きなサイズでの高統計の格子QCD計算を行い、中間子およびバリオン中での「閉じ込め力」に対する、カラーモノポールの寄与を高精度で計算した。その結果、中間子とバリオン（3クォーク系）の双方について、「ハドロン中のクォーク閉じ込め」に対して、モノポールの寄与が主要であることを定量的に示した。
３．QCDとは異なる“SU(2)の非可換ヒッグス理論”に、強磁場を印加した系を対象に研究を行った。その結果、荷電ベクトル場がゼロ質量になる「臨界強磁場」中での非可換ヒッグス系においては、磁場の方向に「空間１次元的な強相関」が生じ、QCDの閉じ込め現象に特徴的な「線型ポテンシャル」が現れることを示した。
４．超弦理論に基礎を置くQCDの有効理論である「ホログラフィックQCD」を用いて、バリオンの新しいタイプのトポロジカルな励起モードを理論的に予言した。
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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
本研究課題は、極微の基本的階層であるクォーク・グルーオンから強い相互作用やハドロンの諸性質を理解することを目的とし、量子色力学の非摂動的性質に関連する様々な研究テーマを同時に複数進めている。それら各々のテーマについて、強い相互作用の基礎理論である量子色力学に基づいた解析的な定式化も、大型計算機による大規模数値計算も当初の計画通り進んでおり、着実に研究成果を得ている。実際、１つの解析的な研究成果を、海外の国際会議で口頭発表し、また別の新しい格子QCDの研究成果を原著論文にまとめ現在投稿中である。このように、研究はおおむね順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
基本的には今後も従来の方向で研究を進めていく。つまり、強い相互作用の基礎理論である量子色力学(QCD)に基づいて、クォーク・グルーオンのレベルから強い相互作用の基本的性質やハドロンの諸性質を研究していく。研究方法としては、これまで通り、解析的な理論計算に基づく定式化と、強い相互作用の第一原理計算である格子QCD理論計算による定量的分析の２系統の研究を包括的に行っていき、QCDに基づいた非摂動物理やハドロン物理を総合的に理解していく。なお、格子QCD理論のモンテカルロ計算に関しては、引き続き大阪大学のスーパー・コンピュータなどを用いて、大規模数値計算を実行していく。
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| Remarks |
researchmapと個人のwebページに、発表論文、及び、国際会議や日本物理学会での招待講演などの研究成果を記載している。
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