2022 Fiscal Year Research-status Report
Investigation of effects of the three-nucleon force in medium-mass nuclei
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22K14030
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| Research Institution | Utsunomiya University |
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Principal Investigator |
吉田 聡太 宇都宮大学, 大学教育推進機構, 助教 (10868665)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2027-03-31
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| Keywords | 原子核構造 / 核力 / 第一原理計算 / 有効相互作用 / 殻模型計算 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
宇宙における物質進化の足跡を理解するためには原子核の性質の理解が不可欠である。
原子核を構成する陽子/中性子に働く基本相互作用である核力は、３つ以上の核子があってはじめて働く3体力の存在により、定量的な理解が非常に困難であり、実験的な検証の難しい不安定核領域など未知の原子核の性質についての理論予測を困難なものとしている。
本研究では、カイラル有効場の核力に基づいた核力を出発点に、第一原理計算やそれに基づく殻模型有効相互作用の導出などを駆使することで、３体力の中重核領域での効果、とくにαクラスター形成や中性子過剰核のドリップライン形成等に与える影響を解明することを目的としている。
本年度はまず、自身の研究基盤構築のため、多体計算のインプットであるカイラル有効場理論に基づく核力の計算から、多体摂動論による原子核基底状態の計算、第一原理計算手法の一種であるIn-Medium Similarity Renormalization Group(IM-SRG)法や殻模型計算など、様々な計算手法をカバーする数値計算コード群、NuclearToolkit.jlの開発・GitHub上での公開とJulia言語のパッケージとしてリリースに加えて、論文として発表した。
また、原子核系を記述する多体計算手法の多くは、計算量と精度がトレードオフとなり、「第一原理計算を繰り返し実施しながらサンプリングを行い核力の不定性を調べる」といったことは多くの場合非現実的となる。そんな中、主に、原子核の第一原理計算コミュニティ等で近年大きな注目を集めているのが、高精度かつ計算量を抑えた代理モデル(surrogate model)またはemulatorの構築である。本年度は、殻模型計算の厳密対角化で得られる幾つかのサンプル波動関数をもとに高精度な近似波動関数を構築する代理モデルの方法論を提唱し、論文として出版された。
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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
核力の計算コードの開発を中心とした当初の研究計画の達成に加えて、種々の多体計算手法も実装した計算コード群NuclearToolkit.jlの開発が概ね完了し、Julia言語のパッケージとしてリリースを行った(https://github.com/SotaYoshida/NuclearToolkit.jl)。
研究の主眼である第一原理計算や殻模型を用いた中重核領域の核構造の解明だけでなく、機械学習などの手法を用いた第一原理計算の効率化手法の開発など、今後の自身あるいは共同研究者との様々な研究に派生しうる研究基盤を構築することができたと考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続き、当初の計画に沿って、IMSRG法を用いた有効相互作用の導出を行い、3体力が中重核で与える効果や、新奇な核構造の解明に向けて研究を推進する。
あわせて、データ科学的な手法や機械学習などを用いた新たな核構造計算のパラダイムを確立すべく、第一原理計算手法の代理モデルの構築や高精度化などの研究も並行して実施するとともに、国内外の研究者らとの共同研究も含めて、積極的に論文出版等、成果発表を行う。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウイルスの感染拡大の影響などから、国内外での研究会等の開催が制限・延期されるなど、成果発表や共同研究実施のための旅費支出が当初計画よりも少なくなったことが次年度使用額が生じた主な理由である。次年度は既に海外の研究機関での招待講演等の依頼なども受けていることから、国内外の出張が増え旅費支出の増加が見込まれる。 また論文のオープンアクセス化費用や研究遂行に必要な消耗品、計算資源等に支出を計画している。
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