| 研究課題/領域番号 |
16K05353
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
河野 通郎 大阪大学, 核物理研究センター, 協同研究員 (40234710)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | 原子核の飽和性 / 核物質計算 / ３体力 / カイラル有効場理論 / ３体力の有効２体力化 / 光学模型ポテンシャル / パウリ排他効果 / 中性子星物質とハイペロン |
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| 研究実績の概要 |
原子核の性質を微視的に理解する出発点である陽子や中性子（核子）間の相互作用は、量子色力学の対称性とその破れの機構に基礎を置くカイラル有効場理論により構築されたものが、従来の核力模型に代わり標準的に用いられる。この相互作用は、２核子散乱を再現する精度が他のポテンシャルに劣らず、さらに２体力に整合する３体力が系統的に導入できる利点をもつ。原子核の飽和性は核子多体系の基本的性質であるが、その理解はこれまでは現象論に頼っていた。私は、カイラル有効場理論の核力記述を用いて無限核物質系の計算を行い、３体力の寄与が飽和性を微視的に再現する上で本質的な役割を果たすことを明らかにした。
核子多体系における３体力の寄与の重要性は、２体核力のパラメーター化の段階で消去される自由度の関わる過程が、核媒質中でパウリ原理により受ける影響を考慮することが重要であることを意味する。その理解に立脚して、原子核の構造と反応の両面において３体力の役割を検証する研究を進めている。核反応過程に関しては、３体力効果を含む有効相互作用をパラメーター化し、光学模型ポテンシャルを微視的に構築して、核子と原子核あるいは原子核と原子核の弾性散乱を現象論的調節なしで記述する枠組みを構築し、高次効果を取り上げて考察できる段階に進んだ。核構造の面では、微視的基礎を持つ３体力がもたらすテンソル成分を手掛かりに、原子核内の有効テンソル力の役割の解明を課題としている。
３体力は、ハイペロンが関わる相互作用においても重要であることが予想される。中性子星内部で実現される高密度核物質において、もしΛ粒子が析出すれば状態方程式が柔らかくなるため、近年観測された太陽の２倍の質量をもつ中性子星を説明することが困難である。この問題に対して、カイラル有効場理論によるハイペロンと核子の３体力を取り入れた核物質計算を行い、困難が解決される可能性を議論する。
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| 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
カイラル有効場理論により導入される３体核力が、原子核の基本的性質である飽和性を定量的に理解する上で本質的に重要な役割を果たすことを明らかにした私のこれまでの研究成果に基づいて、原子核の散乱問題を記述する光学模型ポテンシャルを微視的に求め、散乱断面積の計算を通じて３体力の寄与の役割を明らかにする研究を進展させた。九州大学の核反応理論グループとの共同研究を行い、３体力効果を含む相互作用を用いた核物質における G 行列計算に基づく密度依存有効相互作用を構築し、広いエネルギー範囲にわたる陽子およびα粒子と原子核の弾性散乱断面積の計算に適用し、３体力の望ましい役割を確認した。
３体力の主要な寄与は、自由な空間では可能なΔアイソバーのような核子以外の自由度を含む過程が、核媒質中ではパウリ排他効果により制限される効果と理解される。同様の機構は、通常の核子相関にもパウリ配置換え効果として現れる。光学模型ポテンシャルではこれまで考慮されなかったその効果を評価し、その寄与と３体力を取り入れた微視的光学模型ポテンシャルが、現象論的なものと良く対応することを示した。
カイラル有効場理論によるハイペロン-核子相互作用が、核媒質中のハイペロンの性質をどのように予測するかという課題については、核子の場合と同じ処方で３体力を有効２体力化して２体力に加え、無限核物質中で G 行列計算を行うことによりハイペロンのポテンシャルの性質を調べた。３体力の寄与を明らかにし、従来の相互作用とは定性的に異なり、Λハイペロンのエネルギーが高密度核物質中で斥力傾向になることを示した。この結果は、高密度の中性子星物質中でΛハイペロンの析出がエネルギー的に不利であることを意味し、Λハイペロンが析出すれば近年観測された質量の大きい中性子星の説明が困難であるという問題に対して、カイラル有効場理論がその問題を解決する可能性を示唆する。
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| 今後の研究の推進方策 |
カイラル有効場理論の核力記述を用いて行った３体力の寄与についての研究で明らかになったことは、２体核力のパラメーター化の段階で消去されるΔアイソバーのような核子以外の自由度が関わる過程が核媒質中でパウリ原理により受ける影響が重要であることである。この知見は、原子核の殻模型のような、あるいは最近では低運動量空間内相互作用の導入のような、制限された模型空間内有効または等価相互作用に現れる誘起多体力と共通の物理内容を持つ。この統一的な観点のもとで、具体的な課題として、核子散乱を記述する光学模型ポテンシャルに対する３体相関としてのパウリ配置換え効果の評価を行い、３体力とこの配置換え効果の斥力的寄与により、微視的に導出した光学模型ポテンシャルが、原子核と核子の弾性散乱を記述する現象論的なポテンシャルとよく一致することを示した。この結果を踏まえ、次の段階として原子核と原子核の散乱における同様の効果を定量的に検証することに進む。この課題については、大阪大学核物理研究センターの研究者との研究交流を継続する。
テンソル力はパイオン交換の特徴として基本的に重要な核力成分であるものの、核媒質中の有効相互作用成分としては十分な理解が得られていない。スピン軌道力も原子核の殻構造を特徴づける本質的に重要な成分であるが、微視的理解が確立していない。これらの原子核内有効相互作用の非中心力成分について、現象論的記述と微視的理論の間に存在する問題点について、３体力がもたらすそれらの成分の寄与を手がかりに解明する問題に取り組む。
中性子星の合体により生じる重力波が観測され、中性子星物質の状態方程式の観測的情報が増え、この分野の研究が活性化している。中性子星物質の状態方程式とハイペロンの役割の問題について、カイラル有効場理論によるバリオン間相互作用を用いた微視的観点からの研究を継続する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
月に一度ほど大阪から九州大学を訪問して、主に核子と原子核の散乱課程の記述における３体核力の寄与を通じて核子多体系における３核子相互作用の検証を行う課題を進めていたが、議論を行っていた研究者の健康上の問題と大学院生の就職活動のため、予定通りの訪問を行うことが出来なかった。最終の成果発表には更なる計算や議論が必要であるため、次年度も九州大学への出張と結果の発表のために活用したい。
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