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格子量子色力学による高密度領域の非摂動的探索

研究課題

研究課題/領域番号 21K03553
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
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
研究機関広島大学 (2022-2023)
京都大学 (2021)

研究代表者

滑川 裕介  広島大学, AI・データイノベーション教育研究センター, 特任助教 (00377946)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
2023年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2022年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2021年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
キーワード原子核(理論) / 原子核(理論)
研究開始時の研究の概要

本研究は、中性子星内部などの高密度領域における物質の性質解明を目的としている。低密度もしくは極端に高密度における性質は既存の研究手法により良く調べられている。一方、中性子星の物理に重要となる中間領域は理解が十分でない。ただし、我々の研究を含む最近の進展により、中間的高密度領域でも一部であれば複素ランジュバン法と呼ばれる手法により非摂動計算が可能であると判明した。この成果を踏まえ「極限状態で物質は、どのように振る舞うのか?」という問いに挑む。

研究実績の概要

本研究の目的は、格子量子色力学計算を用いた高密度領域における物質の性質解明である。ゼロ密度領域では伝統的なモンテカルロ法が使用可能であり、精密な格子量子色力学シミュレーションが実行されている。一方、有限密度領域では作用に虚数部分が生じるため、作用を含む重み部分を確率とみなせず、伝統的手法が使えない。本研究では、この符号問題が生じる系でも一部ならば適用可能な複素ランジュバン法による格子量子色力学シミュレーションを進めると共に、より広範囲に適用可能と期待される世界体積ハイブリッドモンテカルロ法および経路最適化法の開発を進める。
本年度は、まず複素ランジュバン法による格子量子色力学シミュレーションを進めた。新たにダイクォークソース項を加えた複素ランジュバンシミュレーションにより、小さい体積ならばカラー超伝導相の擬オーダーパラメータが有意な精度で計算できるようになった。無限体積極限およびソース項の大きさがゼロへの極限値を求めれば、相構造を確定できる。ソース項の大きさおよび体積を変えたシミュレーションを実行し、それらの依存性を調べている。また、世界体積ハイブリッドモンテカルロ法に関しては、アルゴリズムをさらなる改良した後、有限密度4次元スカラー理論と1次元および2次元ハバード模型へ適用した。期待された計算時間スケーリングおよび既存の計算手法との物理量期待値の一致を確認できた。経路最適化法は、離散系へ初めて適用した。イジング模型に対してハバード・ストラトノビッチ変換を用いることで離散和を積分に置き換え、経路最適化法が使用できる。計算結果は厳密値を正しく再現し、経路最適化法の有効性を確認できた。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

研究計画作成時には想定していなかった複素ランジュバン法におけるカラー超伝導相の擬オーダーパラメータの大きなゆらぎをダイクォークソース項を加えることで抑制できた。また、世界体積ハイブリッドモンテカルロ法および経路最適化法はアルゴリズムの改良が進み、さまざまな理論模型で有効性を確認できた。

今後の研究の推進方策

カラー超伝導相の相構造確定を目指し、複素ランジュバン法によるダイクォークソース項の大きさおよび体積を変えたシミュレーションを実行し、パラメータ依存性を調べる。世界体積ハイブリッドモンテカルロ法および経路最適化法に関しては、量子色力学への適用を目指しアルゴリズムを改良すると共に、より複雑な理論模型への適用を進める。

報告書

(3件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 研究成果

    (31件)

すべて 2024 2023 2022 2021

すべて 雑誌論文 (17件) (うち国際共著 2件、 査読あり 17件、 オープンアクセス 14件) 学会発表 (14件) (うち国際学会 5件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Applying the Worldvolume Hybrid Monte Carlo method to the finite-density complex phi^4 model and the Hubbard model2024

    • 著者名/発表者名
      Fukuma Masafumi、Namekawa Yusuke
    • 雑誌名

      PoS

      巻: LATTICE2023,178 ページ: 178-178

    • DOI

      10.22323/1.453.0178

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Application of the path optimization method to a discrete spin system2023

    • 著者名/発表者名
      Kashiwa Kouji、Namekawa Yusuke、Ohnishi Akira、Takase Hayato
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 108 号: 9

    • DOI

      10.1103/physrevd.108.094504

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Exploration of Efficient Neural Network for Path Optimization Method2023

    • 著者名/発表者名
      Namekawa Yusuke、Kashiwa Kouji、Matsuda Hidefumi、Ohnishi Akira、Takase Hayato
    • 雑誌名

      PoS

      巻: LATTICE2022 ページ: 026-026

    • DOI

      10.22323/1.430.0026

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Applying the Worldvolume Hybrid Monte Carlo method to lattice field theories2023

    • 著者名/発表者名
      Fukuma Masafumi、Matsumoto Nobuyuki、Namekawa Yusuke
    • 雑誌名

      PoS

      巻: LATTICE2022 ページ: 011-011

    • DOI

      10.22323/1.430.0011

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Bridge++ 2.0: Benchmark results on supercomputer Fugaku2023

    • 著者名/発表者名
      Kanamori Issaku、Aoyama Tatsumi、Kanaya Kazuyuki、Matsufuru Hideo、Namekawa Yusuke
    • 雑誌名

      PoS

      巻: LATTICE2022 ページ: 284-284

    • DOI

      10.22323/1.430.0284

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Kaon semileptonic form factors at the physical quark masses on large volumes in N_f = 2 + 1 lattice QCD2023

    • 著者名/発表者名
      Yamazaki Takeshi、Ishikawa Ken-ichi、Ishizuka Naruhito、Kuramashi Yoshinobu、Namekawa Yusuke、Taniguchi Yusuke、Ukita Naoya、Yoshie Tomoteru
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Conference Series

      巻: 2446 号: 1 ページ: 012007-012007

    • DOI

      10.1088/1742-6596/2446/1/012007

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Momentum transfer dependence of kaon semileptonic form factor on (10 fm)^4 at the physical point2023

    • 著者名/発表者名
      Yamazaki Takeshi、Ishikawa Ken-Ichi、Ishizuka Naruhito、Kuramashi Yoshinobu、Namekawa Yusuke、Taniguchi Yusuke、Ukita Naoya、Yoshie Tomoteru
    • 雑誌名

      PoS

      巻: LATTICE2022 ページ: 425-425

    • DOI

      10.22323/1.430.0425

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Improving efficiency of the path optimization method for a gauge theory2023

    • 著者名/発表者名
      Namekawa Yusuke、Kashiwa Kouji、Matsuda Hidefumi、Ohnishi Akira、Takase Hayato
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 107 号: 3 ページ: 3-034509

    • DOI

      10.1103/physrevd.107.034509

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] K_l3 form factors at the physical point: Toward the continuum limit2022

    • 著者名/発表者名
      Ishikawa Ken-ichi、Ishizuka Naruhito、Kuramashi Yoshinobu、Namekawa Yusuke、Taniguchi Yusuke、Ukita Naoya、Yamazaki Takeshi、Yoshie Tomoteru、PACS Collaboration
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 106 号: 9 ページ: 9-9

    • DOI

      10.1103/physrevd.106.094501

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Numerical sign problem and the tempered Lefschetz thimble method2022

    • 著者名/発表者名
      Fukuma Masafumi、Matsumoto Nobuyuki、Namekawa Yusuke
    • 雑誌名

      PoS

      巻: CORFU2021 ページ: 254-254

    • DOI

      10.22323/1.406.0254

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Gauge invariant input to neural network for path optimization method2022

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Namekawa, Kouji Kashiwa, Akira Ohnishi, Hayato Takase
    • 雑誌名

      Phys. Rev. D

      巻: 105 号: 3 ページ: 034502-034502

    • DOI

      10.1103/physrevd.105.034502

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] General purpose lattice QCD code set Bridge++ 2.0 for high performance computing2022

    • 著者名/発表者名
      Akahoshi Yutaro、Aoki Sinya、Aoyama Tatsumi、Kanamori Issaku、Kanaya Kazuyuki、Matsufuru Hideo、Namekawa Yusuke、Nemura Hidekatsu、Taniguchi Yusuke
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Conference Series

      巻: 2207 号: 1 ページ: 012053-012053

    • DOI

      10.1088/1742-6596/2207/1/012053

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Worldvolume tempered Lefschetz thimble method and its error estimation2022

    • 著者名/発表者名
      Fukuma Masafumi、Matsumoto Nobuyuki、Namekawa Yusuke
    • 雑誌名

      PoS

      巻: LATTICE2021, 446

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Color superconductivity in a small box: a complex Langevin study2022

    • 著者名/発表者名
      Shoichiro Tsutsui, Yuhma Asano, Yuta Ito, Hideo Matsufuru, Yusuke Namekawa, Jun Nishimura, Asato Tsuchiya, Takeru Yokota
    • 雑誌名

      PoS

      巻: LATTICE2021, 533

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Perturbative predictions for color superconductivity on the lattice2022

    • 著者名/発表者名
      Takeru Yokota, Yuhma Asano, Yuta Ito, Hideo Matsufuru, Yusuke Namekawa, Jun Nishimura, Asato Tsuchiya, Shoichiro Tsutsui
    • 雑誌名

      PoS

      巻: LATTICE2021, 562

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Flavor number dependence of QCD at finite density by the complex Langevin method2022

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Namekawa, Yuhma Asano, Yuta Ito, Hideo Matsufuru, Jun Nishimura, Asato Tsuchiya, Shoichiro Tsutsui, Takeru Yokota
    • 雑誌名

      PoS

      巻: LATTICE2021, 623

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Statistical analysis method for the worldvolume hybrid Monte Carlo algorithm2021

    • 著者名/発表者名
      Fukuma Masafumi、Matsumoto Nobuyuki、Namekawa Yusuke
    • 雑誌名

      Progress of Theoretical and Experimental Physics

      巻: 12, 123B02 号: 12

    • DOI

      10.1093/ptep/ptab133

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 世界体積ハイブリッドモンテカルロ法の さまざまな格子模型への適用 I2024

    • 著者名/発表者名
      滑川 裕介
    • 学会等名
      日本物理学会 2024年春季大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] QCD at finite density explored by the Complex Langevin method2023

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Namekawa
    • 学会等名
      APCTP Seminar
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Applying the Worldvolume Hybrid Monte Carlo method to the finite-density complex phi^4 model and the Hubbard model2023

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Namekawa
    • 学会等名
      The 40th International Symposium on Lattice Field Theory
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 複素変数格子シミュレーションによる符号問題への挑戦2023

    • 著者名/発表者名
      滑川 裕介
    • 学会等名
      熱場の量子論とその応用
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 世界体積ハイブリッドモンテカルロ法のダイナミカルフェルミオン系への適用II2023

    • 著者名/発表者名
      滑川 裕介
    • 学会等名
      日本物理学会 第78回年次大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 格子シミュレーションによる符号問題への挑戦2023

    • 著者名/発表者名
      滑川 裕介
    • 学会等名
      瀬戸内サマーインスティテュート(SSI2023)
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 世界体積ハイブリッドモンテカルロ法による有限密度スカラー理論における符号問題の解消2023

    • 著者名/発表者名
      滑川裕介
    • 学会等名
      日本物理学会 第77回年次大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] Exploration of Efficient Neural Network for Path Optimization Method2022

    • 著者名/発表者名
      滑川裕介
    • 学会等名
      瀬戸内サマーインスティテュート SSI2022
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] Exploration of Efficient Neural Network for Path Optimization Method2022

    • 著者名/発表者名
      滑川裕介
    • 学会等名
      熱場の量子論とその応用 2022
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] Exploration of Efficient Neural Network for Path Optimization Method2022

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Namekawa
    • 学会等名
      The 39th International Symposium on Lattice Field Theory
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Flavor number dependence of QCD at finite density by the complex Langevin method2021

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Namekawa
    • 学会等名
      38th International Symposium on Lattice Field Theory
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Gauge invariant input to neural network for path optimization method2021

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Namekawa
    • 学会等名
      YITP workshop ”QCD phase diagram and lattice QCD 2021”
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Gauge invariant input to neural network for path optimization method2021

    • 著者名/発表者名
      滑川 裕介
    • 学会等名
      熱場の量子論研究会 2021
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 有限密度における量子色力学の相図の解明2021

    • 著者名/発表者名
      筒井 翔一朗、滑川 裕介、横田 猛
    • 学会等名
      第8回 HPCI 成果報告会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書

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公開日: 2021-04-28   更新日: 2024-12-25  

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