• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 課題ページに戻る

2019 年度 実績報告書

ブレーンとソリトンの量子異常が導くトポロジカル物質

計画研究

研究領域次世代物質探索のための離散幾何学
研究課題/領域番号 17H06462
研究機関大阪大学

研究代表者

橋本 幸士  大阪大学, 理学研究科, 教授 (80345074)

研究分担者 日高 義将  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 (00425604)
押川 正毅  東京大学, 物性研究所, 教授 (50262043)
衛藤 稔  山形大学, 理学部, 教授 (50595361)
木村 太郎  慶應義塾大学, 自然科学研究教育センター(日吉), 訪問講師 (90760794)
研究期間 (年度) 2017-06-30 – 2022-03-31
キーワードトポロジカル物質 / 超弦理論
研究実績の概要

離散幾何学的時空と機械学習、物質科学を融合する研究を進め、QCDにおけるカイラル凝縮のデータから離散幾何としてのニューラルネットワークが決定されるアルゴリズムを提唱し用いることで、物質科学と離散幾何学の架橋の基盤を構築した。特に、深層ボルツマンマシンと呼ばれるニューラルネットワークがホログラフィック原理の重力側の物質場の経路積分とみなせる形式を発案した。
物性物理との融合研究においては、量子異常に基づくLieb-Schultz-Mattis型定理の理論をSU(N)対称性に拡張し、対称性が拡大する場合に適用できる新規の制約を導いた。ソリトンによるブレーンワールドの構成の課題であったゲージ場の局在を物性系エッジモードと同様にトポロジカルに説明できることを示し、更に高次元へ拡張した。また拡張標準模型に位相的磁気単極子が存在する事を示した。ハドロン物理との架橋においては、カイラル運動論を質量を持つ粒子の運動論に拡張した。衝突項を含まない場合の理論が完成し、さらにそれを衝突項を含む理論にまで拡張することができた。ホログラフィックQCDにおいて原子核の状態を記述する行列模型を、量子ホール効果の模型で用いられる手法を応用することで解析した。また数理物理との架橋においては、超群ゲージ対称性を持つ場の量子論 (超群ゲージ理論)の研究を行い、超対称局所化による分配関数の厳密な評価、対応する量子可積分構造の解明、位相的弦理論による構成、などの成果を得た。トポロジカル物質への応用においては、ワイル半金属の一般的な表面状態の性質について研究し、特にII型ワイル半金属をブラックホールの性質を再現する模型とみなした場合の表面状態の振る舞いについて調べた。

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

Lieb-Schultz-Mattis型定理を、場の理論におけるトフーフト量子異常によって系統的に記述する定式化を開発した。これは素粒子論と物性論の境界における重要な成果であり、素粒子理論の研究者の間でも広く認知され発展しつつある。また、ソリトンによるブレーンワールドではDvali-Shifman機構でゲージ場の局在を説明してきたが、トポロジカルな視点で理解できることを発見し、物性系との繋がりやダイナミクスの詳細には寄らない拡張ができる可能性が出てきた。拡張標準模型で位相的モノポール解を発見し、新しい展望が開けてきている。さらに、カイラル運動論を質量を含む場合に拡張をすることができ,さらに衝突項も加えることができたので進捗状況は概ね良好である。また、超群ゲージ理論はその非ユニタリ性などの為,長らく十分な検討がなされていなかったが,最近は非ユニタリであっても PT対称性がある場合などに興味深い性質が明らかにされるなど,今後十分な応用可能性が見込まれることが明らかになった。ホログラフィックQCDにおける原子核の記述に関しては、特に核子数が小さい場合において、原子核のスペクトラムを非常に良い精度で再現した。ブラックホールの模型としてのII型ワイル半金属においては、境界条件によって表面状態がブラックホールから脱出できる場合とできない場合があることが分かった。離散幾何学との関連においては、離散幾何をニューラルネットの時空とみなす研究が飛躍的に進展した。

今後の研究の推進方策

離散幾何額的手法を物質科学に取り入れる方法としての超弦理論的ホログラフィー原理を、さらに広範な物理系に適用できるよう拡張を精査する。特に重力側の作用を決定する形式を発案する。
トフーフト量子異常に基づくLieb-Schultz-Mattis型定理の定式化は、1+1次元においては非常に系統的に行うことができた。この成果に基づき、同様の定式化を2+1以上の次元に拡張することを目指す。ドメインウォールはZ2のような離散的な群が自発的に破れる際に現れ素粒子や物性の様々な局面に登場する。離散的真空が非可換群の場合にはドメインウォールが入り組んだジャンクション構造を形成するが、3次元的な構造を持つ解を構成しそこにどのようなエッジ状態が存在するのかを調べ、素粒子・物性物理への応用する。カイラルフェルミオンに対する局所熱平衡の分配関数はカイラルアノマリーに加え,グローバルアノマリーを持つことが知られている。このようなアノマリーを持つ理論を境界に持つトポロジカル相を構成することで,新しい熱輸送の可能性を探って行きたい。超群ゲージ理論のトポロジー的側面についてはほとんど関連の研究がなされていない。今後は量子異常や、指数定理、トポロジカル物質との関連性を重点的に研究する予定である。また超群ゲージ理論の数学的基礎付けについても研究を行う。ホログラフィックQCDにおける原子核の模型については、核子数の大きい場合を記述できるように改良を行う。また、中間子を介した相互作用の効果についても調べる。ワイル半金属に関する研究については、より一般的なトポロジカル物質の表面状態の性質やそれらの応用について研究する。

  • 研究成果

    (64件)

すべて 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (6件) 雑誌論文 (21件) (うち国際共著 9件、 査読あり 21件、 オープンアクセス 17件) 学会発表 (34件) (うち国際学会 28件、 招待講演 23件) 図書 (2件) 学会・シンポジウム開催 (1件)

  • [国際共同研究] Ohio State Univ/Boston College/Univ. of California, Santa Barbara(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      Ohio State Univ/Boston College/Univ. of California, Santa Barbara
    • 他の機関数
      1
  • [国際共同研究] POSTECH/IBS Pohang(韓国)

    • 国名
      韓国
    • 外国機関名
      POSTECH/IBS Pohang
  • [国際共同研究] McMaster University/Perimeter Institute(カナダ)

    • 国名
      カナダ
    • 外国機関名
      McMaster University/Perimeter Institute
  • [国際共同研究] Silesian University in Opava(チェコ)

    • 国名
      チェコ
    • 外国機関名
      Silesian University in Opava
  • [国際共同研究] Universite Bourgogne Franche-Comte(フランス)

    • 国名
      フランス
    • 外国機関名
      Universite Bourgogne Franche-Comte
  • [国際共同研究]

    • 他の国数
      2
  • [雑誌論文] Emergent discrete 3-form symmetry and domain walls2020

    • 著者名/発表者名
      Hidaka Yoshimasa、Nitta Muneto、Yokokura Ryo
    • 雑誌名

      Physics Letters B

      巻: 803 ページ: 135290~135290

    • DOI

      10.1016/j.physletb.2020.135290

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Filling-enforced constraint on the quantized Hall conductivity on a periodic lattice2020

    • 著者名/発表者名
      Lu Yuan-Ming、Ran Ying、Oshikawa Masaki
    • 雑誌名

      Annals of Physics

      巻: 413 ページ: 168060~168060

    • DOI

      10.1016/j.aop.2019.168060

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Stable Flatbands, Topology, and Superconductivity of Magic Honeycomb Networks2020

    • 著者名/発表者名
      Lee Jongjun M.、Geng Chenhua、Park Jae Whan、Oshikawa Masaki、Lee Sung-Sik、Yeom Han Woong、Cho Gil Young
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 124 ページ: -

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.124.137002

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Topological Nambu monopole in two Higgs doublet models2020

    • 著者名/発表者名
      Eto Minoru、Hamada Yu、Kurachi Masafumi、Nitta Muneto
    • 雑誌名

      Physics Letters B

      巻: 802 ページ: 135220~135220

    • DOI

      10.1016/j.physletb.2020.135220

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Image-processing the topological charge density in the $\mathbb{C}P^{N-1}$ model2020

    • 著者名/発表者名
      Abe Yuya、Fukushima Kenji、Hidaka Yoshimasa、Matsueda Hiroaki、Murase Koichi、Sasaki Shoichi
    • 雑誌名

      Progress of Theoretical and Experimental Physics

      巻: 2020 ページ: -

    • DOI

      10.1093/ptep/ptz134

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Integrating over quiver variety and BPS/CFT correspondence2020

    • 著者名/発表者名
      Kimura Taro
    • 雑誌名

      Letters in Mathematical Physics

      巻: 110 ページ: 1237~1255

    • DOI

      10.1007/s11005-020-01261-5

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Quantum elliptic Calogero-Moser systems from gauge origami2020

    • 著者名/発表者名
      Chen Heng-Yu、Kimura Taro、Lee Norton
    • 雑誌名

      Journal of High Energy Physics

      巻: 2020 ページ: -

    • DOI

      10.1007/JHEP02(2020)108

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Asymptotic states of black holes in KMY model2020

    • 著者名/発表者名
      Ho Pei-Ming、Matsuo Yoshinori、Yang Shu-Jung
    • 雑誌名

      Classical and Quantum Gravity

      巻: 37 ページ: 035002~035002

    • DOI

      10.1088/1361-6382/ab5c94

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Anomaly Matching and Symmetry-Protected Critical Phases in SU(N) Spin Systems in 1+1 Dimensions2019

    • 著者名/発表者名
      Yao Yuan、Hsieh Chang-Tse、Oshikawa Masaki
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 123 ページ: -

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.123.180201

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Berezinskii-Kosterlitz-Thouless Transition of Two-Component Bose Mixtures with Intercomponent Josephson Coupling2019

    • 著者名/発表者名
      Kobayashi Michikazu、Eto Minoru、Nitta Muneto
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 123 ページ: -

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.123.075303

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Massless bosons on domain walls: Jackiw-Rebbi-like mechanism for bosonic fields2019

    • 著者名/発表者名
      Arai Masato、Blaschke Filip、Eto Minoru、Sakai Norisuke
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 100 ページ: -

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.100.095014

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Anomaly-Induced Transport Phenomena from Imaginary-Time Formalism2019

    • 著者名/発表者名
      Hongo Masaru、Hidaka Yoshimasa
    • 雑誌名

      Particles

      巻: 2 ページ: 261~280

    • DOI

      10.3390/particles2020018

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Axial kinetic theory and spin transport for fermions with arbitrary mass2019

    • 著者名/発表者名
      Hattori Koichi、Hidaka Yoshimasa、Yang Di-Lun
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 100 ページ: -

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.100.096011

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Topological order in the color-flavor locked phase of a (3+1)-dimensional U(N) gauge-Higgs system2019

    • 著者名/発表者名
      Hidaka Yoshimasa、Hirono Yuji、Nitta Muneto、Tanizaki Yuya、Yokokura Ryo
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 100 ページ: -

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.100.125016

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Web construction of ABCDEFG and affine quiver gauge theories2019

    • 著者名/発表者名
      Kimura Taro、Zhu Rui-Dong
    • 雑誌名

      Journal of High Energy Physics

      巻: 2019 ページ: -

    • DOI

      10.1007/JHEP09(2019)025

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Quantum mirror curve of periodic chain geometry2019

    • 著者名/発表者名
      Kimura Taro、Sugimoto Yuji
    • 雑誌名

      Journal of High Energy Physics

      巻: 2019 ページ: -

    • DOI

      10.1007/JHEP04(2019)147

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Trapping horizon and negative energy2019

    • 著者名/発表者名
      Ho Pei-Ming、Matsuo Yoshinori
    • 雑誌名

      Journal of High Energy Physics

      巻: 2019 ページ: -

    • DOI

      10.1007/JHEP06(2019)057

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Nuclear states and spectra in holographic QCD2019

    • 著者名/発表者名
      Hashimoto Koji、Matsuo Yoshinori、Morita Takeshi
    • 雑誌名

      Journal of High Energy Physics

      巻: 2019 ページ: -

    • DOI

      10.1007/JHEP12(2019)001

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Chaos of QCD string from holography2019

    • 著者名/発表者名
      Akutagawa Tetsuya、Hashimoto Koji、Murata Keiju、Ota Toshihiro
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 100 ページ: -

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.100.046009

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 1/N correction in holographic Wilson loop from quantum gravity2019

    • 著者名/発表者名
      Hashimoto Koji、Sasaki Wataru、Sumimoto Takayuki
    • 雑誌名

      Journal of High Energy Physics

      巻: 2019 ページ: -

    • DOI

      10.1007/JHEP12(2019)138

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Einstein Rings in Holography2019

    • 著者名/発表者名
      Hashimoto Koji、Kinoshita Shunichiro、Murata Keiju
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 123 ページ: -

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.123.031602

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] All exact solutions of BPS domain wall networks in CPN models2020

    • 著者名/発表者名
      Minoru Eto
    • 学会等名
      CPN model: recent developments and future directions (Keio University)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] ドメインウォール・ドメインウォール ジャンクションについて2020

    • 著者名/発表者名
      Minoru Eto
    • 学会等名
      トポロジカル表面状態、ソリトンとブレーン、指数定理
  • [学会発表] 量子異常と異常熱輸送2020

    • 著者名/発表者名
      日高義将
    • 学会等名
      研究会「トポロジカル表面状態、ソリトンとブレーン、指数定理」
  • [学会発表] Integrating over quiver variety and BPS/CFT correspondence2020

    • 著者名/発表者名
      Taro Kimura
    • 学会等名
      Journee de l'equipe GADT
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Escape from black holes in materials: Type II Weyl semimetals and generic edge states2020

    • 著者名/発表者名
      松尾 善典
    • 学会等名
      トポロジカル表面状態、ソリトンとブレーン、指数定理
  • [学会発表] Neural network as a discrete geometry for materials through holographic prin- ciple2020

    • 著者名/発表者名
      Koji Hashimoto
    • 学会等名
      第 23 回大阪大学産研国際シンポジウム“Scientific and Industrial Research for Space Age”
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Deep Learning and AdS/CFT2020

    • 著者名/発表者名
      Koji Hashimoto
    • 学会等名
      International workshop “ Strings, Geometry, and Data Science ” (Simons center for geometry and physics, Stony Brook, New York
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Flat Bands in Honeycomb Network2019

    • 著者名/発表者名
      Masaki Oshikawa
    • 学会等名
      Novel Phases of Quantum Matter, International Center for Theoretical Sciences, Bangalore, India
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Flat Bands in Honeycomb Network2019

    • 著者名/発表者名
      Masaki Oshikawa
    • 学会等名
      KITP Program "Topological Quantum Matter: Concepts and Realizations", Kavli Institute for Theoretical Physics, UC Santa Barbara
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Junction of Quantum Wires2019

    • 著者名/発表者名
      Masaki Oshikawa
    • 学会等名
      Japan-Netherlands Quantum Conference, Theater De Veste, Delft, Netherlands
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Polarization in Quantum Many-Body Systems2019

    • 著者名/発表者名
      Masaki Oshikawa
    • 学会等名
      Computational Approaches to Quantum Many-body Problems, ISSP, University of Tokyo, Japan
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Universal Gap Scaling in Finite Quantum Ising Chains2019

    • 著者名/発表者名
      Masaki Oshikawa
    • 学会等名
      Computational Approaches to Quantum Many-body Problems, ISSP, University of Tokyo, Japan
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Quantum Quench and f-Sum Rules on Linear and Non-linear Conductivities2019

    • 著者名/発表者名
      Masaki Oshikawa
    • 学会等名
      Aspen Summer Workshop 2019: Realizations and Applications of Quantum Coherence in Non- Equilibrium Systems, Aspen Center for Physics, Aspen, CO, USA
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Sum Rules for Linear and Non-Linear Conductivities2019

    • 著者名/発表者名
      Masaki Oshikawa
    • 学会等名
      Amsterdam Summer Workshop on Low-D Quantum Condensed Matter 2019, University of Amsterdam, Netherlands
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Universal Gap Scaling in Finite Quantum Ising Chains2019

    • 著者名/発表者名
      Masaki Oshikawa
    • 学会等名
      Workshop Low-dimensional emergent phenomena in correlated systems and topological quantum matter, Tbilisi, Georgia
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Gauge Invariance, Polarization, and Conductivity2019

    • 著者名/発表者名
      Masaki Oshikawa
    • 学会等名
      CMSA Program Topological Aspects of Condensed Matter, Harvard Center for Mathematical Sciences and Applications
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Topological Z-strings and magnetic monopoles in two Higgs doublet models2019

    • 著者名/発表者名
      Minoru Eto
    • 学会等名
      Topological solitons, nonperturbative gauge dynamics and confinement 2 (Pisa University)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Gapless states on topological defects2019

    • 著者名/発表者名
      Minoru Eto
    • 学会等名
      Material Research Meeting 2019
    • 国際学会
  • [学会発表] Magnetic monopoles2019

    • 著者名/発表者名
      Minoru Eto
    • 学会等名
      山形大学 理工学研究セミナー(山形大学 米沢キャンパス)
  • [学会発表] QCD phase diagram and the possibility of topological phases2019

    • 著者名/発表者名
      Yoshimasa Hidaka
    • 学会等名
      KEK Theory workshop 2019
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Free field realization in BPS/CFT2019

    • 著者名/発表者名
      Taro Kimura
    • 学会等名
      BPS/CFT Correspondence
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Super instanton counting and localization2019

    • 著者名/発表者名
      Taro Kimura
    • 学会等名
      Strings, Branes and Gauge Theories
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Nuclear states and spectra in holographic QCD2019

    • 著者名/発表者名
      Yoshinori Matsuo
    • 学会等名
      Holographic QCD
    • 国際学会
  • [学会発表] Edge states, Weyl semimetals and black hole analogue2019

    • 著者名/発表者名
      Yoshinori Matsuo
    • 学会等名
      Progress in the Mathematics of Topological States of Matter
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Nuclear states and spectra in holographic QCD2019

    • 著者名/発表者名
      Yoshinori Matsuo
    • 学会等名
      Strings and Fields 2019
    • 国際学会
  • [学会発表] Nuclear states and spectra in holographic QCD2019

    • 著者名/発表者名
      松尾 善典
    • 学会等名
      日本物理学会2019年秋季大会
  • [学会発表] Nuclear states and spectra in holographic QCD2019

    • 著者名/発表者名
      Yoshinori Matsuo
    • 学会等名
      KEK Theory Workshop 2019
    • 国際学会
  • [学会発表] Nuclear states and spectra in holographic QCD2019

    • 著者名/発表者名
      Yoshinori Matsuo
    • 学会等名
      Materials Research Meeting 2019
    • 国際学会
  • [学会発表] Neural network as a discrete geometry for materials through holographic prin- ciple2019

    • 著者名/発表者名
      Koji Hashimoto
    • 学会等名
      International conference “ MATERIALS RESEARCH MEETING 2019 ” (Yokohama Symposia, Yokohama
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Deep Learning and holographic QCD2019

    • 著者名/発表者名
      Koji Hashimoto
    • 学会等名
      International workshop “NCTS-Kyoto University Joint Meeting on Recent Advances in String and Quantum Field Theory 2019” (National Center for Theoretical Sciences (NCTS), Shinchu,
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Boundary conditions of Weyl semimetals and edge-of-edge states2019

    • 著者名/発表者名
      Koji Hashimoto
    • 学会等名
      International long term program“Topological Quantum Matter: From Low-Temperature Physics to Non-Equilibrium Dynamics”NORDITA, Stockholm
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Deep Learning and holographic QCD2019

    • 著者名/発表者名
      Koji Hashimoto
    • 学会等名
      International workshop “Holographic QCD” (Stockholm)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Holography, matter and deep learning2019

    • 著者名/発表者名
      Koji Hashimoto
    • 学会等名
      Microsoft workshop “Physics Meets ML” (Microsoft Research, Seattle)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 深層ボルツマンマシンと AdS/CFT2019

    • 著者名/発表者名
      橋本幸士
    • 学会等名
      日本物理学会 2019 年秋季大会
  • [図書] ディープラーニングと物理学 原理がわかる、応用ができる2019

    • 著者名/発表者名
      田中 章詞、富谷 昭夫、橋本 幸士
    • 総ページ数
      300
    • 出版者
      講談社
    • ISBN
      4065162629
  • [図書] 物理学者,機械学習を使う2019

    • 著者名/発表者名
      橋本 幸士、大槻 東巳、真野 智裕、斎藤 弘樹、藤田 浩之、安藤 康伸、永井 佑紀、青木 健一、藤田 達大、小林 玉青、大関 真之、久良 尚任、福嶋 健二、村瀬 功一、船井 正太郎、柏 浩司、富谷 昭夫
    • 総ページ数
      212
    • 出版者
      朝倉書店
    • ISBN
      4254131291
  • [学会・シンポジウム開催] Deep Learning and Physics 20192019

URL: 

公開日: 2021-12-27  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi