有限密度格子QCD ー 実験と観測への寄与を目指して

2018 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15H03663
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 中村 純 大阪大学, 核物理研究センター, 協同研究員 (30130876)
• 研究分担者: 保坂 淳 大阪大学, 核物理研究センター, 教授 (10259872) ; 國廣 悌二 京都大学, 理学研究科, 名誉教授 (20153314) ; 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) ; 大西 明 京都大学, 基礎物理学研究所, 教授 (70250412) ; 稲垣 知宏 広島大学, 情報メディア教育研究センター, 教授 (80301307) ; 隅谷 孝洋 広島大学, 情報メディア教育研究センター, 准教授 (90231381)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: QCD / クォーク / 有限密度 / 格子ゲージ理論 / クォーク・グルーオン・プラズマ / 数値シミュレーション / 符号問題

研究実績の概要

量子色力学（QCD)は、物質の基本要素であるクォークとグルーオンの力学を記述する標準理論として確立されており、数値シミュレーションによる格子QCDも精密な計算が可能になってきた。しかし、有限密度系については「符号問題」と呼ばれる困難のため格子QCDシミュレーションは不可能であると思われていた。
本研究においては、カノニカル法というアプローチによりこの困難を克服し、日本のJ-PARC、ロシアのNICA等のエネルキー領域での重イオン反応て実現すると思われる有限密度系の研究を行った。これまでに試みられたシミュレーションが不安定になる現象を、精度を自由に調節できる多倍長計算で克服できることを見出した。さらに、効率的に計算を行うために、符号問題の無い純虚数化学ポテンシャル領域でバリオン数密度を計算し、そこからカノニカル分配関数を計算して、実化学ポテンシャルでの有限密度領域の情報を得る定式化を構築した。
しかし、この虚数化学ポテンシャル領域でのバリオン数が大きな複素位相を持つことが明らかになり、計算に大きな誤差を生じるという困難に直面した。この問題の解決に多大の時間を要したが、バリオン数密度を虚数化学ポテンシャルの関数として取扱い、その関数をクラスター展開で決定していくことで、計算を進めることができた。
実験データの存在する入射エネルギー10GeVから200GeVの領域で計算を行った。今後のより精密な実験との比較のために、より軽いクォーク質量でのシミュレーションのコードの開発を行った。

現在までの達成度 (段落)

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] Far Eastern Federal University(ロシア連邦)
  • 国名: ロシア連邦
  • 外国機関名: Far Eastern Federal University
• [雑誌論文] Lee-Yang zeros in lattice QCD for searching phase transition points (2019)
  • 著者名/発表者名: Wakayama M.、Bornyakov V.G.、Boyda D.L.、Goy V.A.、Iida H.、Molochkov A.V.、Nakamura A.、Zakharov V.I.
  • 雑誌名: Physics Letters B 巻: 793 ページ: 227～233
  • DOI: https://doi.org/10.1016/j.physletb.2019.04.040
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Lattice QCD at finite baryon density using analytic continuation (2018)
  • 著者名/発表者名: Bornyakov V.G.、Boyda D.L.、Goy V.A.、Iida H.、Molochkov A.V.、Nakamura Atsushi、Nikolaev A.A.、Zakharov V.I.、Wakayama M.
  • 雑誌名: EPJ Web of Conferences 巻: 182 ページ: 02017～02017
  • DOI: 10.1051/epjconf/201818202017
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Restoring canonical partition functions from imaginary chemical potential (2018)
  • 著者名/発表者名: Bornyakov V.G.、Boyda D.、Goy V.、Molochkov A.、Nakamura A.、Nikolaev A.、Zakharov V.I.
  • 雑誌名: EPJ Web of Conferences 巻: 175 ページ: 07027～07027
  • DOI: https://doi.org/10.1051/epjconf/201817507027
• [学会発表] Exploring QCD phase structure (2018)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Nakamura
  • 学会等名: the 2nd International Workshop Lattice and Functional Techniques for Exploration of Phase Structure and Transport Properties in Quantum Chromodynamics
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Phase structures of finite density QCD from Lee-Yang zeros in lattice QCD with canonical approach (2018)
  • 著者名/発表者名: M. Wakayama
  • 学会等名: 5th Joint Meeting of the APS Division of Nuclear Physics and the Physical Society of Japan
  • 国際学会 / 招待講演