格子QCD数値解析による流体方程式基本定数の解析

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17K05442
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 北澤 正清 大阪大学, 理学研究科, 助教 (10452418)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 格子ゲージ理論 / エネルギー運動量テンソル / 応力 / 状態方程式 / 高エネルギー重イオン衝突実験

研究実績の概要

強い相互作用の基礎理論である量子色力学 (QCD) は、初期宇宙や中性子星内部のような超高温・高密度環境下において、カイラル対称性の回復や非閉じ込め相転移などの多様な相転移現象・物性現象を持つ。これらの現象の理解は、宇宙史の解明や相対論的重イオン衝突実験の理解のために必須となる重要課題である。
本研究では、これらの現象の理解に向け、格子ゲージ理論第一原理数値シミュレーションを用いた研究を行ってきた。本期間中には、超高温物質の動的性質、特に流体方程式に現れる基本定数を解析する上で必須となるエネルギー運動量テンソルの研究を展開した。
本年度は、流体方程式の基本情報である状態方程式の解析について、フェルミオンを含むQCDにおける解析を精力的に進めた。最近計算されたマッチング係数の高次項を用いたエネルギー運動量テンソルの数値計算を行い、状態方程式の解析がより安定的に遂行できるという結果を得た。この結果は、勾配流法によるエネルギー運動量テンソル解析の安定性と信頼性を更に向上させる重要な結果である。また、勾配流法によるエネルギー運動量テンソル解析を用いて非閉じ込め相に静的クォークが一個置かれた系の解析を行った。これにより、静的クォークによってカラー場が受ける歪みの効果を定量的に解析することに初めて成功したほか、遠距離でのカラー遮蔽や近距離での結合定数のランニングに関する情報を得た。
研究期間全体を振り返ると、状態方程式などの流体方程式の基本定数の解析が大幅に進んだことに加え、エネルギー運動量テンソル測定を用いた静的クォーク系の解析などの研究開始段階では想定していなかった新しい派生課題に関しても興味深い研究成果を挙げることでき、精力的かつ多角的に研究成果が挙がった充実した研究期間であった。

研究成果

• [雑誌論文] Critical fluctuations in a dynamically expanding heavy-ion collision (2021)
  • 著者名/発表者名: M. Kitazawa, G. Pihan, N. Touroux, M. Bluhm, M. Nahrgang
  • 雑誌名: Nuclear Physics A 巻: 1005 ページ: 121797～121797
  • DOI: 10.1016/j.nuclphysa.2020.121797
  • 国際共著
• [雑誌論文] Latent heat and pressure gap at the first-order deconfining phase transition of SU(3) Yang?Mills theory using the small flow-time expansion method (2020)
  • 著者名/発表者名: M. Shirogane, S. Ejiri, R. Iwami, K. Kanaya, M. Kitazawa, H. Suzuki, Y. Taniguchi, T. Umeda
  • 雑誌名: Progress of Theoretical and Experimental Physics 巻: 2021 ページ: 013B08
  • DOI: 10.1093/ptep/ptaa184
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Distribution of energy-momentum tensor around a static quark in the deconfined phase of SU(3) Yang-Mills theory (2020)
  • 著者名/発表者名: R. Yanagihara, M. Kitazawa, M. Asakawa, T. Hatsuda
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 102 ページ: 114522
  • DOI: 10.1103/PhysRevD.102.114522
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pileup corrections on higher-order cumulants (2020)
  • 著者名/発表者名: T. Nonaka, M. Kitazawa, S. Esumi
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A 巻: 984 ページ: 164632～164632
  • DOI: 10.1016/j.nima.2020.164632
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nf=2+1 QCD thermodynamics with gradient flow using two-loop matching coefficients (2020)
  • 著者名/発表者名: Y. Taniguchi, S. Ejiri, K. Kanaya, M. Kitazawa, H. Suzuki, T. Umeda
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 102 ページ: 014510
  • DOI: 10.1103/PhysRevD.102.014510
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dynamics of critical fluctuations: Theory ? phenomenology ? heavy-ion collisions (2020)
  • 著者名/発表者名: M. Bluhm, M. Kitazawa, et al.
  • 雑誌名: Nuclear Physics A 巻: 1003 ページ: 122016～122016
  • DOI: 10.1016/j.nuclphysa.2020.122016
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Classifying topological charge in SU(3) Yang?Mills theory with machine learning (2020)
  • 著者名/発表者名: T. Matsumoto, M. Kitazawa, Y. Kohno
  • 雑誌名: Progress of Theoretical and Experimental Physics 巻: 2021 ページ: 023D01
  • DOI: 10.1093/ptep/ptaa138
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Energy-momentum tensor in static-quark systems (2021)
  • 著者名/発表者名: Masakiyo Kitazawa
  • 学会等名: Proton Mass Workshop: Origin and Perspective ( 2021/01/14 - 2021/01/16, Argonne National Laboratory (online), USA )
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Search for phase structure of QCD by relativistic heavy ion collisions (2020)
  • 著者名/発表者名: Masakiyo Kitazawa
  • 学会等名: Prospects on particle and nuclear physics, and related subjects ( 2020/11/30, Osaka University (online), Osaka, Japan )
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Energy-momentum tensor on the lattice (2020)
  • 著者名/発表者名: Masakiyo Kitazawa
  • 学会等名: Extreme Nonequilibrium QCD (ONLINE) ( 2020/10/05 - 2020/10/09, online, India )
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 重イオン衝突実験におけるゆらぎを用いたQCD相転移探索 (2020)
  • 著者名/発表者名: 北沢正清
  • 学会等名: 日本物理学会2020年度秋季大会 ( 2020/09/14 - 2020/09/17, オンライン )
  • 招待講演
• [学会発表] Diffusion Dynamics of Fluctuations of Conserved Charges (2020)
  • 著者名/発表者名: Masakiyo Kitazawa
  • 学会等名: On-line seminar series on “RHIC Beam Energy Scan: Theory and Experiment” ( 2020/08/04 - 2020/10/20, online )
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Anisotropic pressure induced by finite-size effects at nonzero temperature in SU(3) Yang-Mills theory (2020)
  • 著者名/発表者名: Masakiyo Kitazawa, Yasuhiro Kohno, Takuya Matsumoto
  • 学会等名: Asia-Pacific Symposium for Lattice Field Theory (APLAT 2020) ( 2020/08/04 - 2020/08/07, online )
  • 国際学会
• [備考] Masakiyo Kitazawa / 北沢正清
  • URL: http://www2.yukawa.kyoto-u.ac.jp/~masakiyo.kitazawa/physics.html