| 研究課題/領域番号 |
20K03951
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分15010:素粒子、原子核、宇宙線および宇宙物理に関連する理論
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| 研究機関 | 千葉工業大学 |
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研究代表者 |
安武 伸俊 千葉工業大学, 情報科学部, 教授 (10532393)
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| 研究分担者 |
丸山 敏毅 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 先端基礎研究センター, 研究主幹 (50354882)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2022年度: 390千円 (直接経費: 300千円、間接経費: 90千円)
2021年度: 130千円 (直接経費: 100千円、間接経費: 30千円)
2020年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
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| キーワード | 中性子星 / 状態方程式 / 分子動力学 / QCD相図 / 原子核（理論） / 宇宙物理（理論） |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、第一原理計算に基づく現実的な相互作用を「色分子動力学」に反映させ、クォーク=ハドロン相転移を数値計算によって再現し、明らかにすることを目的とする。京コンピューターによって実績を積んできたHAL QCD Collaborationによって導出されたバリオン間相互作用を使って、高密度状況下におけるクォーク=ハドロン相転移が一次相転移であるかクロスオーバーであるかを明らかにする。さらに、天文の理論計算に必要な熱容量や熱輸送係数、状態方程式などの物理量を「色分子動力学」から直接導出することを目指す。
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| 研究実績の概要 |
本研究ではクォークの「色」の自由度の時間発展を含む分子動力学、すなわち「色分子動力学」によって、クォーク=ハドロン相転移を数値的に再現し、明らかにすることを目的としていた。宇宙において高密度のクォー ク=ハドロン相転移が現れる可能性高いのは、中性子星合体やブラックホール形成であるため、相転移の影響が重力波やニュートリノ観測としていかに現れるか検証するためにも、我々の研究は次世代の高エネルギー天文学において中心的な役割を担うものと期待して研究を進めてきた。
本研究の主題である高密度状態方程式を得るため、現状の天文観測や原子核実験において得られていた高密度状態における制限を満たすような、クォーク間相互作用に関する結合定数や有効距離に関わるパラメータの最適化を行なった。この計算手法では、色の自由度の時間発展も解きつつ最安定状態を探すといった、クォーク模型を基礎としている。そのため、高密度状況下におけるハドロン相がクォーク相へ状態遷移する様が、一次相転移であるかクロスオーバーであるかに関しても、計算結果として得られる。
ただし、我々のこの手法では分子動力学計算を繰り返し行う必要があるため、計算コストが膨大になるという難点があった。本研究を通して、GPUとCPUを用いた並列化を効率的に行うことによって、この難点を克服することに成功した。
結果として、現状の天文観測や原子核実験による高密度状態における制限をすべて満たす高密度状態方程式を得ることができた。現状の枠組みでは、ハドロン相はクロスオーバーを経てクォーク相へと遷移していくという結果を得ている。上記の困難のため予定していた研究期間を１年延長することにはなったが、この成果はPhysical Reviewに掲載されることとなった。
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