From Quarks to Neutron Stars: Challenges in QCD
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18H05236
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Broad Section B
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
初田 哲男 国立研究開発法人理化学研究所, 数理創造プログラム, プログラムディレクター (20192700)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
鷹野 正利 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (00257198)
青木 慎也 京都大学, 基礎物理学研究所, 教授 (30192454)
久徳 浩太郎 京都大学, 理学研究科, 准教授 (30757125)
石井 理修 大阪大学, 核物理研究センター, 准教授 (40360490)
土井 琢身 国立研究開発法人理化学研究所, 仁科加速器科学研究センター, 専任研究員 (70622554)
井上 貴史 日本大学, 生物資源科学部, 教授 (80407353)
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| Project Period (FY) |
2018-06-11 – 2023-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥119,080,000 (Direct Cost: ¥91,600,000、Indirect Cost: ¥27,480,000)
Fiscal Year 2021: ¥25,480,000 (Direct Cost: ¥19,600,000、Indirect Cost: ¥5,880,000)
Fiscal Year 2020: ¥26,650,000 (Direct Cost: ¥20,500,000、Indirect Cost: ¥6,150,000)
Fiscal Year 2019: ¥25,740,000 (Direct Cost: ¥19,800,000、Indirect Cost: ¥5,940,000)
Fiscal Year 2018: ¥18,590,000 (Direct Cost: ¥14,300,000、Indirect Cost: ¥4,290,000)
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| Keywords | 中性子星 / 格子量子色力学 / バリオン間相互作用 / 高密度状態方程式 / 格子QCD / 状態方程式 / 量子多体問題 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
連星中性子星合体の重力波波形から得られる中性子星の質量・半径・潮汐変形などを中性子星の内部構造の情報に結びつけるには、高密度バリオン物質の状態方程式（圧力とエネルギー密度の関係式）を微視的に導出しておく必要がある。本基盤研究では、核子やハイペロンの二体力・三体力の格子QCD計算を集中的に推進し、それをインプットにクラスター変分法によるゼロ温度および有限温度の状態方程式の構築を目指している。得られた状態方程式は、数値テーブル化し、国内外の数値一般相対論グループに提供することを目標としている。また、原子核密度の５倍以上の超高密度では、バリオン相はクォーク相にとって代わられるので、研究代表者らの提唱するハイブリッド法に基づいたバリオン-クォーク物質状態方程式を作成し、その数値テーブルを国内外に公開することを目指している。
２０１８年度には、本基盤研究の研究代表者（初田）、研究分担者（青木、石井、土井）、連携研究者（池田）が、HAL QCD 共同研究グループと密接に協力し、京コンピュータで生成した物理点近傍でのゲージ配位を用いて、ストレンジネス（S)=-3, -2のバリオン間相互作用の解析を進め、S=-3のNΩ相互作用に関してスピン２のチャンネルでの束縛状態を示唆する結果を得た。また、研究代表者（初田）と、連携研究者（富樫）、協力研究者（Baym）は、超高密度のクォーク物質が中性子星の性質（半径、質量、潮汐変形率など）に与える効果を考察した。クォーク物質がカラー超伝導かつ強相関するような硬い状態方程式の場合には、ハドロン相との滑らかなクロスオーバーが可能となり、重力波観測波形とも矛盾しない潮汐変形率を持つ中性子星が実現可能であることを示した。
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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
京コンピュータを用いた物理点近傍でのゲージ配位を用いたS=-3,-2 のハイペロン相互作用に関する研究に道筋をつけられたこと、ハドロン-クォーククロスオーバー描像に基づいた状態方程式の構築と構築と数値テーブル化を進められたこと、バリオン間相互作用に関するHAL QCD 法とLuescher 法の関係を曖昧さなく理論的・数値的に明らかにしたこと、などの理由から本基盤研究の推進が順調に進んでいると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の推進方策としては、参画研究者間の連携により、以下を行う。(１) 物理点近傍でのゲージ配位を用いたS=-2,-3 のハイペロン相互作用に関する研究を完成させ原著論文を出版する。 (2) 格子QCD データを高精度化するLapH 法の実装を目指す。 (3) ハドロン-クォーククロスオーバー描像に基づいた状態方程式の数値テーブルをCompOSE データベースで公開する。(4) チャンネル結合クラスター変分法に関する理論研究が進展させる。 (5) 格子QCD で得られたS=-2 のハイペロン相互作用のΞハイパー核への応用を行う。
当初申請予算に対して、研究支援員１名相当の経費が削減されて採択されたため、２０１８年度以降は、当初のテーマ１（格子QCDによるバリオン二体相互作用）とテーマ２（格子QCDによるバリオン三体相互作用）を、テーマI(格子QCDによるバリオン間相互作用)に統合し研究支援員雇用を２名から１名に削減した。当初テーマ３（クラスター変分法による高密度状態方程式）は、テーマII（クラスター変分法による高密度状態方程式）として維持し、研究支援員１名を雇用することとした。研究支援員の人数縮減の影響は、テーマIIの研究支援員がテーマIの研究にも関与することで最小化させることとした。
また、格子QCD の数値解析を専門にする研究支援員について、当初予定の2019 年1 月までの着任が2019年4 月着任にずれこんだため、給与３ヶ月分相当を次年度に繰り越すこととした。
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Report
(3 results)
Research Products
(15 results)
