場の理論と物性論における対称性とトポロジー

2019 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16H03984
• 研究機関: 慶應義塾大学
• 研究代表者: 新田 宗土 慶應義塾大学, 商学部(日吉), 教授 (60433736)
• 研究分担者: 小林 未知数 京都大学, 理学研究科, 助教 (50433313) ; 衛藤 稔 山形大学, 理学部, 教授 (50595361)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: トポロジー / 対称性 / 場の理論 / 物性論 / 統計力学 / トポロジカル・ソリトン

研究実績の概要

令和元年度は多数のトポロジカル欠陥によって支配される相転移現象・クロスオーバー現象の解析を行った。特にトポロジカル欠陥の1種である量子渦およびそれらの乖離・束縛によって引き起こされるトポロジカル相転移現象の可能性に着目した。トポロジカル欠陥は有限のエネルギーを持つ励起状態であり、クオークやハドロンなどの素粒子を記述するためのトイモデルとして扱われることもあり、量子渦の乖離・束縛はグルーオンによるクオークの閉じ込めを定性的に理解するために有効な模型として考えることができる。本研究では様々なトポロジカルな性質を持った量子渦、特に1つの整数量子渦が複数の分数チャージを持つ分数量子渦に分裂する状況を考えることのできる3つの模型：多成分ボース気体、スピノルボース気体、変形ゴールドストーン模型を解析し、分数量子渦の閉じ込め転移の可能性を考察した。その結果、量子渦のトポロジカル相転移としてよく知られているBerezinskii-Kosteritz-Thouless転移とは異なった、分数量子渦の閉じ込め・非閉じ込めによる転移あるいはクロスオーバーの存在を明らかにし、さらに分数量子渦は量子渦とは別種のトポロジカル欠陥であるドメインウォールによって閉じ込められることが分かった。この結果は分数量子渦とドメインウォールの関係がクオークとグルーオンとの関係に対応していることを意味しており、素粒子物理への新たな知見を与えることが期待される。
また素粒子の拡張標準模型に、位相的な磁気単極子が存在する事を示した。これは時期単極子に2本のZストリングがくっついている。Zストリングの張力が釣り合うと磁気単極子は安定に存在し、釣り合わないと思い方に引っ張られ光速近くまで加速することがわかった。

現在までの達成度 (段落)

令和元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

令和元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] University of Illinois, Chicago/East Carolina University, North Carolina(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: University of Illinois, Chicago/East Carolina University, North Carolina
• [国際共同研究] Henan University(中国)
  • 国名: 中国
  • 外国機関名: Henan University
• [国際共同研究] Eotvos University(ハンガリー)
  • 国名: ハンガリー
  • 外国機関名: Eotvos University
• [雑誌論文] Coexistence phase of 1S0 and 3P2 superfluids in neutron stars (2020)
  • 著者名/発表者名: Shigehiro Yasui, Daisuke Inotani, Muneto Nitta
  • 雑誌名: Physical Review C 巻: 101 ページ: ー
  • 査読あり
• [雑誌論文] Linking number of vortices as baryon number (2020)
  • 著者名/発表者名: Gudnason Sven Bjarke、Nitta Muneto
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 101 ページ: 065011, 1-11
  • DOI: 10.1103/PhysRevD.101.065011
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Zn modified XY and Goldstone models and vortex confinement transition (2020)
  • 著者名/発表者名: Michikazu Kobayashi, Muneto Nitta
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 101 ページ: 085003, 1-6
  • DOI: 10.1103/PhysRevD.101.085003
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Collision dynamics and reactions of fractional vortex molecules in coherently coupled Bose-Einstein condensates (2020)
  • 著者名/発表者名: Minoru Eto, Kazuki Ikeno, Muneto Nitta
  • 雑誌名: Physical Review Research 巻: 2 ページ: ー
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Emergent discrete 3-form symmetry and domain walls (2020)
  • 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] Chemical bonds of two vortex species with a generalized Josephson term and arbitrary charges (2020)
  • 著者名/発表者名: Chandrasekhar Chatterjee, Sven Bjarke Gudnason, Muneto Nitta
  • 雑誌名: JHEP 巻: 2020 ページ: 109, 1-46
  • DOI: 10.1007/JHEP04(2020)109
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Vortex confinement transitions in the modified Goldstone model (2020)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi Michikazu、Fejos Gergely、Chatterjee Chandrasekhar、Nitta Muneto
  • 雑誌名: Physical Review Research 巻: 2 ページ: 013081, 1-14
  • DOI: 10.1103/PhysRevResearch.2.013081
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Critical end point and universality class of neutron 3P2 superfluids in neutron stars (2020)
  • 著者名/発表者名: Mizushima Takeshi、Yasui Shigehiro、Nitta Muneto
  • 雑誌名: Physical Review Research 巻: 2 ページ: 013194, 1-14
  • DOI: 10.1103/PhysRevResearch.2.013194
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Microscopic description of axisymmetric vortices in 3P2 superfluids (2020)
  • 著者名/発表者名: Masaki Yusuke、Mizushima Takeshi、Nitta Muneto
  • 雑誌名: Physical Review Research 巻: 2 ページ: 013193, 1-14
  • DOI: 10.1103/PhysRevResearch.2.013193
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Domain walls in neutron 3P2 superfluids in neutron stars (2020)
  • 著者名/発表者名: Yasui Shigehiro、Nitta Muneto
  • 雑誌名: Physical Review C 巻: 101 ページ: 015207, 1-20
  • DOI: 10.1103/PhysRevC.101.015207
  • 査読あり
• [雑誌論文] Instantons in chiral magnets (2020)
  • 著者名/発表者名: Hongo Masaru、Fujimori Toshiaki、Misumi Tatsuhiro、Nitta Muneto、Sakai Norisuke
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 101 ページ: 104417, 1-11
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.101.104417
  • 査読あり
• [雑誌論文] Topological defects at the boundary of neutron 3P2 superfluids in neutron stars (2020)
  • 著者名/発表者名: Yasui Shigehiro、Chatterjee Chandrasekhar、Nitta Muneto
  • 雑誌名: Physical Review C 巻: 101 ページ: 025204, 1-20
  • DOI: 10.1103/PhysRevC.101.025204
  • 査読あり
• [雑誌論文] Aharonov-Bohm defects (2020)
  • 著者名/発表者名: Chatterjee Chandrasekhar、Nitta Muneto
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 101 ページ: 085002, 1-15
  • DOI: 10.1103/PhysRevD.101.085002
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Topological Nambu monopole in two Higgs doublet models (2020)
  • 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] Note on a solution to domain wall problem with the Lazarides-Shafi mechanism in axion dark matter models (2020)
  • 著者名/発表者名: Chandrasekhar Chatterjee, Tetsutaro Higaki, and Muneto Nitta
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 101 ページ: 075026, 1-14
  • DOI: 10.1103/PhysRevD.101.075026
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Massive Nambu-Goldstone Fermions and Bosons for Non-relativistic Superconformal Symmetry: Jackiw-Pi Vortices in a Trap (2020)
  • 著者名/発表者名: Toshiaki Fujimori, Muneto Nitta, Keisuke Ohashi
  • 雑誌名: Prog.Theor.Exp.Phys 巻: 2020 ページ: ー
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Half-quantized non-Abelian vortices in neutron 3P2 superfluids inside magnetars (2020)
  • 著者名/発表者名: Masuda Kota、Nitta Muneto
  • 雑誌名: Progress of Theoretical and Experimental Physics 巻: 2020 ページ: 013D01, 1-11
  • DOI: 10.1093/ptep/ptz138
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Confinement-deconfinement crossover in the lattice CPN model (2019)
  • 著者名/発表者名: Fujimori Toshiaki、Itou Etsuko、Misumi Tatsuhiro、Nitta Muneto、Sakai Norisuke
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 100 ページ: 094506, 1-7
  • DOI: 10.1103/PhysRevD.100.094506
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Topologically nontrivial Andreev bound states (2019)
  • 著者名/発表者名: Marra Pasquale、Nitta Muneto
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 100 ページ: 220502(R), 1-7
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.100.220502
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ground state modulations in the CPN model (2019)
  • 著者名/発表者名: Flachi Antonino、Fucci Guglielmo、Nitta Muneto、Takada Satoshi、Yoshii Ryosuke
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 100 ページ: 085006, 1-8
  • DOI: 10.1103/PhysRevD.100.085006
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Reexamining Ginzburg-Landau theory for neutron 3P2 superfluidity in neutron stars (2019)
  • 著者名/発表者名: Yasui Shigehiro、Chatterjee Chandrasekhar、Kobayashi Michikazu、Nitta Muneto
  • 雑誌名: Physical Review C 巻: 100 ページ: 025204, 1-15
  • DOI: 10.1103/PhysRevC.100.025204
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nambu-Jona Lasinio and Nonlinear Sigma Models in Condensed Matter Systems (2019)
  • 著者名/発表者名: Yoshii Ryosuke、Nitta Muneto
  • 雑誌名: Symmetry 巻: 11 ページ: 636～636
  • DOI: 10.3390/sym11050636
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Topological order in the color-flavor locked phase of a (3+1)-dimensional U(N) gauge-Higgs system (2019)
  • 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: 125016, 1-13
  • DOI: 10.1103/PhysRevD.100.125016
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Dual formulations of vortex strings in a supersymmetric Abelian Higgs model (2019)
  • 著者名/発表者名: Nitta Muneto、Yokokura Ryo
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 100 ページ: 065007, 1-14
  • DOI: 10.1103/PhysRevD.100.065007
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Topological couplings in higher derivative extensions of supersymmetric three-form gauge theories (2019)
  • 著者名/発表者名: Nitta Muneto、Yokokura Ryo
  • 雑誌名: Journal of High Energy Physics 巻: 2019 ページ: 102, 0-23
  • DOI: 10.1007/JHEP05(2019)102
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Berezinskii-Kosterlitz-Thouless Transition of Two-Component Bose Mixtures with Intercomponent Josephson Coupling (2019)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi Michikazu、Eto Minoru、Nitta Muneto
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 123 ページ: 075303, 1-6
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.123.075303
  • 査読あり
• [雑誌論文] Casimir force for the CPN model (2019)
  • 著者名/発表者名: Flachi Antonino、Nitta Muneto、Takada Satoshi、Yoshii Ryosuke
  • 雑誌名: Physics Letters B 巻: 798 ページ: 134999～134999
  • DOI: 10.1016/j.physletb.2019.134999
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Lattice study on the twisted CPN models on R×S1 (2019)
  • 著者名/発表者名: Tatsuhiro Misumi, Toshiaki Fujimori, Etsuko Itou, Muneto Nitta, Norisuke Sakai
  • 雑誌名: PoS LATTICE2019 巻: 2019 ページ: 015, 1-7
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Effects of Strong Magnetic Fields on Neutron 3P2 Superfluidity with Spin?Orbit Interactions (2019)
  • 著者名/発表者名: Yasui Shigehiro、Chatterjee Chandrasekhar、Nitta Muneto
  • 雑誌名: JPS Conf.Proc. 巻: 26 ページ: 024022, 1-4
  • DOI: 10.7566/JPSCP.26.024022
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Quark-Hadron Crossover with Vortices (2019)
  • 著者名/発表者名: Chatterjee Chandrasekhar、Nitta Muneto、Yasui Shigehiro
  • 雑誌名: JPS Conf.Proc. 巻: 26 ページ: 024030, 1-4
  • DOI: 10.7566/JPSCP.26.024030
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Massless bosons on domain walls: Jackiw-Rebbi-like mechanism for bosonic fields (2019)
  • 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: 095014, 1-17
  • 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] Localization of gauge bosons and the Higgs mechanism on topological solitons in higher dimensions (2019)
  • 著者名/発表者名: Eto Minoru、Kawaguchi Masaki
  • 雑誌名: Journal of High Energy Physics 巻: 2019 ページ: 1-40
  • DOI: 10.1007/JHEP10(2019)098
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Berezinskii-Kosterlitz-Thouless Transition of Spin-1 Spinor Bose Gases in the Presence of the Quadratic Zeeman Effect (2019)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi Michikazu
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 88 ページ: 094001～094001
  • DOI: 10.7566/JPSJ.88.094001
  • 査読あり
• [学会発表] All exact solutions of BPS domain wall networks in CPN models (2020)
  • 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] 多成分およびスピン自由度を持つボース系のBKT転移 (2020)
  • 著者名/発表者名: 小林未知数
  • 学会等名: 研究会「Bose-Einstein凝縮体における数学的側面」, 近畿大学東大阪キャンパス
  • 招待講演
• [学会発表] 冷却スピノル・ボース原子気体におけるKosterlitz-Thouless転移2 (2020)
  • 著者名/発表者名: 小林未知数
  • 学会等名: 日本物理学会2020年年次大会, 名古屋大学
• [学会発表] Large-N CP^{N-1} sigma model on a Euclidean torus: uniqueness and stability of the vacuum (2020)
  • 著者名/発表者名: Keisuke Ohashi
  • 学会等名: Workshop "CP^Nmodel; recent developments and future directions" at Keio Univ., 22-24 January 2020.
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Superfluid fluctuations in 1S0 superfluidity in neutron stars (2020)
  • 著者名/発表者名: Daisuke Inotani, Shigehiro Yasui, and Muneto Nitta
  • 学会等名: REIMEI Workshop on "Universal Features of Quantum Flows with Spin, Orbital and Tensor Correlations" February 17-19, 2020, Ibaraki Quantum Beam Reseearch Center, Tokai, Japan
  • 国際学会
• [学会発表] 多成分系の渦やソリトン：多成分超伝導・超流動、高密度QCD、２ヒッグス・ダブレット模型を通して (2019)
  • 著者名/発表者名: 新田宗土
  • 学会等名: 神戸大学集中講義
  • 招待講演
• [学会発表] 物理学とトポロジー (2019)
  • 著者名/発表者名: 新田宗土
  • 学会等名: 慶應義塾大学 自然科学研究教育センター センター開所１０周年シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] Non-Abelian vortices in dense QCD: quark hadron continuity and non-Abelian statistics (2019)
  • 著者名/発表者名: Muneto Nitta
  • 学会等名: XQCD 2019, The 17th International Conference on QCD in Extreme Conditions Tokyo, Japan, June 24 - 26, 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Topological Z-strings and magnetic monopoles in two Higgs doublet models (2019)
  • 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 defects (2019)
  • 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 monopoles (2019)
  • 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] Theoretical study of quantized vortices and quantum turbulence (2019)
  • 著者名/発表者名: Michikazu Kobayashi
  • 学会等名: 3rd Asia-Pacific Conference on Plasma Physics, Hefei, China
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Universality class of transition from vortex-free to quantum turbulence (2019)
  • 著者名/発表者名: Michikazu Kobayashi
  • 学会等名: IIP programme on "Vortex dynamics, turbulence and related phenomena in quantum fluids", Natal, Brazil
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Directed percolation universality class in transition of quantum turbulence (2019)
  • 著者名/発表者名: Michikazu Kobayashi
  • 学会等名: The Fields Institute program: Quantum Systems in Cold-matter Physics and Chemistry, Toronto, Canada 2019. 4. 22 - 26
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 内部自由度を持つ系で調べる量子渦のトポロジーとBerezinskii-Kosterlitz-Thouless転移の関係 (2019)
  • 著者名/発表者名: 小林未知数
  • 学会等名: 第27回渦糸物理ワークショップ, 京都大学理学研究科セミナーハウス
  • 招待講演
• [学会発表] スピンインバランスを有するs波超流動中の渦芯周りにおけるパリティ混成効果 (2019)
  • 著者名/発表者名: 猪谷太輔, 安井繁宏, 新田宗土
  • 学会等名: 日本物理学会2019年秋季大会, 岐阜大学
• [学会発表] FFLO超流動相図に対する解析的アプローチ (2019)
  • 著者名/発表者名: 高橋大介, 水島健, 新田宗土
  • 学会等名: 日本物理学会2019年秋季大会, 岐阜大学
• [学会発表] 2次元変形ゴールドストーンモードの平衡状態における相転移と渦配置の解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 小林未知数, Gergely Fejos, 新田宗土
  • 学会等名: 日本物理学会2019年秋季大会, 岐阜大学
• [学会発表] Dzyaloshinsky-Moriya相互作用を含む1次元反強磁性スピン鎖のインスタントン解と非一様相 (2019)
  • 著者名/発表者名: 本郷優, 藤森俊明, 三角樹弘, 新田宗土, 坂井典佑
  • 学会等名: 日本物理学会2019年秋季大会, 岐阜大学
• [学会発表] Stable magnetic monopole in two Higgs doublet models (2019)
  • 著者名/発表者名: 衛藤稔, 濱田佑, 倉知昌史, 新田宗土
  • 学会等名: 日本物理学会2019年秋季大会，山形大学
• [学会発表] コンパクト化したCPN模型のラージN極限および格子シミュレーションによる解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 藤森俊明, 伊藤悦子, 三角樹弘, 新田宗土, 坂井典佑
  • 学会等名: 日本物理学会2019年秋季大会，山形大学
• [学会発表] Dual formulations of vortex strings in supersymmetric Abelian Higgs model (2019)
  • 著者名/発表者名: 新田宗土, 横倉諒
  • 学会等名: 日本物理学会2019年秋季大会，山形大学
• [学会発表] Topological order in the color-flavor locked phase of (3+1)-dimensional U(N) gauge-Higgs system (2019)
  • 著者名/発表者名: 日高義将, 広野雄士, 新田宗土, 谷崎佑弥, 横倉諒
  • 学会等名: 日本物理学会2019年秋季大会，山形大学
• [学会発表] Dzyaloshinsky-Moriya相互作用を含む1+1次元非線形シグマ模型のBPSインスタントン解と非一様相 (2019)
  • 著者名/発表者名: 本郷優, 藤森俊明, 三角樹弘, 新田宗土, 坂井典佑
  • 学会等名: 日本物理学会2019年秋季大会，山形大学
• [学会発表] Linear Models for Generalized Flag Manifolds from Various Quiver Diagrams (2019)
  • 著者名/発表者名: 大橋圭介, 藤森俊明, 新田宗土
  • 学会等名: 日本物理学会2019年秋季大会，山形大学
• [学会発表] 中性子星内部の中性子P波超流動の臨界点における臨界指数の解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 安井繁宏, 水島健, 新田宗土
  • 学会等名: 日本物理学会2019年秋季大会，山形大学
• [学会発表] 中性子星内部の中性子P波超流動におけるドメインウォール (2019)
  • 著者名/発表者名: 安井繁宏, 新田宗土
  • 学会等名: 日本物理学会2019年秋季大会，山形大学
• [学会発表] 中性子星内部の超流動状態における対形成揺らぎの影響 (2019)
  • 著者名/発表者名: 猪谷太輔, 安井繁宏, 新田宗土
  • 学会等名: 日本物理学会2019年秋季大会，山形大学
• [学会発表] Large-N CP^{N-1} sigma model on a Euclidean torus: uniqueness and stability of the vacuum (2019)
  • 著者名/発表者名: Keisuke Ohashi
  • 学会等名: Workshop "Topological Solitons, Nonperturbative Gauge Dynamics and Confinement 2" at Pisa Univ., 18-20 July 2019.
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Duality Invariance of Kahler potentials on Generalized Flag Manifold from Diverse Quiver Gauge Theories (2019)
  • 著者名/発表者名: Keisuke Ohashi
  • 学会等名: KEK theory workshop 2019, 3-6 December 2019
  • 国際学会
• [学会発表] スピンインバランスを有するフェルミ原子超流動における渦芯周りに生じる Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov 状態 (2019)
  • 著者名/発表者名: 猪谷太輔, 安井繁宏, 新田宗土
  • 学会等名: 基研研究会「熱場の量子論とその応用」 2019年9月2日(月)～4日(水)、京都大学基礎物理学研究所