陽子寿命の理論予想に関わる行列要素の格子QCD計算

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Exploration of Particle Physics and Cosmology with Neutrinos
• Project/Area Number: 21H00064
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: 新谷 栄悟 筑波大学, 計算科学研究センター, 研究員 (70447225)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 格子QCD / 陽子崩壊 / 大統一理論

Outline of Annual Research Achievements

令和3年度では格子QCDを用いた陽子崩壊確率のQCD部分の計算について、計算手法の開発と数値計算を行うためのプログラム準備を行った。陽子崩壊確率は大統一理論が予想する標準模型を超えた物理現象を表すが、その具体的な計算方法では標準模型における計算結果をインプットとして大統一理論のパラメータに依存した形で表される。陽子崩壊の観測は低エネルギー領域で行われるため、観測結果と理論計算を突き合わせて理論を決定するためには、標準模型の低エネルギー計算が必要となる。QCDは漸近自由性から低エネルギーでは強結合となるため、非摂動的な計算手法が求められる。本研究は、その非摂動計算に重点を置いて、陽子崩壊確率の標準模型インプットを正確に求めることを目的にしている。
格子QCD計算では、陽子崩壊過程にかかわるすべてのチャンネルに対応する行列要素を第一原理計算により求める。陽子崩壊に関するQCD過程では陽子（中性子）からパイ、K、η中間子へバリオン数を破る有効演算子が関与する行列要素が焦点となる。対称性を考慮すると12種類の既約成分に分解できることから、格子QCDによりこの既約成分を求める。
令和3年度では、上記の計算を物理的なパイ中間子を含んだゲージ配位を用いた数値計算実行のための準備を行い、テスト計算を行った。これまでの計算結果ではパイ中間子が非物理的に重かったために不確定要素が大きかったが、本研究はその誤差を除去することで現実的な値を求めることができる。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

物理的な格子QCD計算の準備とそのテスト計算を行うことができた。格子QCD計算における系統誤差を小さくするための方法論を試して、そのテスト計算を実行することができた。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度の計算手法のテスト結果をもとにして、実際の物理的なゲージ配位で統計データを集めて、ターゲットとなる形状因子を求める。数値計算は8月ごろに終了し、9月以降はデータ解析と論文執筆に費やす。