2021 Fiscal Year Research-status Report
Massively-Parallel Computations for Nuclear Dynamics Based on a Next-Generation Theory with Multiple Slater Determinants
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19K14704
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
関澤 一之 東京工業大学, 理学院, 准教授 (00820854)
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2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 原子核物理学 / 量子多体問題 / 重イオン反応 / 深部非弾性散乱 / ダイナミクス / 時間依存密度汎関数法 / 確率論的平均場理論 / 並列計算 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
量子多体問題の研究は，新奇な物質・デバイスを探求する物質科学から，生体物質の機構解明を目指す生命科学，そして，元素の起源に関わる天体現象を含む天体核物理学の根幹をも成す，極めて普遍的かつ重要な基礎科学的研究である．本研究課題では，時間に依存する量子多体問題，特に原子核ダイナミクスの，より現実的な記述を与える新しい理論的枠組みを構築し，最新のスーパーコンピュータを駆使した超並列計算により，原子核の励起・崩壊・反応過程における未解決問題に挑戦する．
本研究は，原子核物理学に位置付けられ，原子核―2種類のフェルミ粒子（陽子・中性子，総称して核子と呼ばれる）から成る有限量子多体系―に発現するダイナミクスの統一的な理解を与えることを目指したものである．本研究の目的は，従来の枠組みを超えた「次世代理論」を構築し，その超並列計算を実現させることにより，従来の枠組みで記述することができない稀少プロセス，多体のトンネル現象，量子揺らぎ等の記述を可能にし，内在する物理を明らかにすることである．
次世代理論では，従来の理論的枠組みの“自由度”を増やし，これまでに記述することができなかった過程の記述を実現させることを目指している．2019，2020年度には，従来の理論的枠組みにランダムな初期揺らぎを導入する方法（確率論的平均場理論）を採用し，並列計算コードを実装・応用することで，原子核衝突の観測量のより定量的な記述を可能にした．2021年度には，この枠組みを未知不安定核の生成が期待され，実験も計画されている，鉛原子核の衝突に応用し分析を進めている．また，現在の理論的枠組みでは，ランダムに生成された物理過程は独立に扱われており，それぞれの相関を考慮することによって，さらに記述を改善できると期待している．
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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
従来の理論的枠組みを拡張するにあたり，課題開始当初は“自由度”の増やし方が明確ではなく，不確定な要素であった．本研究課題の初年度の実施により，乱数を用いたある条件を満たす初期揺らぎの導入が効果的であることが示された．さらに2020年度には，この理論的枠組みをさらに発展させ，原子核の衝突過程における運動エネルギーの散逸と揺らぎを微視的に記述することに成功した．2021年度には，この理論的枠組みを現実的な原子核衝突に適用し，実験データとの比較を念頭に置いた分析を進めた．また，現在もより現実的な記述を与えるべく理論の拡張に取り組んでおり，この点に関しては，当初の計画以上に進展していると考えている．最終年度において，当初予定していた複数のGPUで動作する超並列計算コードの実装の完了を目指す．これらの状況を総合し，おおむね順調に進展していると判断した．
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| Strategy for Future Research Activity |
現在独立に扱われている自由度間の相関を取り入れる理論的枠組みを完成させ，実際に実装することを目指す．まずは計算コストの比較的低い1次元の問題で分析を進める．併せてGPU計算コードの作成にも取り組む．最終年度中に，理論的枠組みとその有効性の検証について，論文にまとめることを目指す．
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| Causes of Carryover |
コロナ禍において，国内外への出張ができなかったため，予算を次年度に持ち越すこととした。最終年度には，一部を旅費に使用しつつ，計算機を購入することを検討している．
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Research Products
(5 results)
