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2018 年度 実績報告書

クォークから中性子星へ:QCDの挑戦

研究課題

研究課題/領域番号 18H05236
研究機関国立研究開発法人理化学研究所

研究代表者

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)

研究分担者 青木 慎也  京都大学, 基礎物理学研究所, 教授 (30192454)
石井 理修  大阪大学, 核物理研究センター, 准教授 (40360490)
土井 琢身  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 (70622554)
鷹野 正利  早稲田大学, 理工学術院, 教授 (00257198)
井上 貴史  日本大学, 生物資源科学部, 教授 (80407353)
久徳 浩太郎  大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 協力研究員 (30757125)
研究期間 (年度) 2018-06-11 – 2023-03-31
キーワード中性子星 / 格子量子色力学 / バリオン間相互作用 / 量子多体問題 / 高密度状態方程式
研究実績の概要

連星中性子星合体の重力波波形から得られる中性子星の質量・半径・潮汐変形などを中性子星の内部構造の情報に結びつけるには、高密度バリオン物質の状態方程式(圧力とエネルギー密度の関係式)を微視的に導出しておく必要がある。本基盤研究では、核子やハイペロンの二体力・三体力の格子QCD計算を集中的に推進し、それをインプットにクラスター変分法によるゼロ温度および有限温度の状態方程式の構築を目指している。得られた状態方程式は、数値テーブル化し、国内外の数値一般相対論グループに提供することを目標としている。また、原子核密度の5倍以上の超高密度では、バリオン相はクォーク相にとって代わられるので、研究代表者らの提唱するハイブリッド法に基づいたバリオン-クォーク物質状態方程式を作成し、その数値テーブルを国内外に公開することを目指している。
2018年度には、本基盤研究の研究代表者(初田)、研究分担者(青木、石井、土井)、連携研究者(池田)が、HAL QCD 共同研究グループと密接に協力し、京コンピュータで生成した物理点近傍でのゲージ配位を用いて、ストレンジネス(S)=-3, -2のバリオン間相互作用の解析を進め、S=-3のNΩ相互作用に関してスピン2のチャンネルでの束縛状態を示唆する結果を得た。また、研究代表者(初田)と、連携研究者(富樫)、協力研究者(Baym)は、超高密度のクォーク物質が中性子星の性質(半径、質量、潮汐変形率など)に与える効果を考察した。クォーク物質がカラー超伝導かつ強相関するような硬い状態方程式の場合には、ハドロン相との滑らかなクロスオーバーが可能となり、重力波観測波形とも矛盾しない潮汐変形率を持つ中性子星が実現可能であることを示した。

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

京コンピュータを用いた物理点近傍でのゲージ配位を用いたS=-3,-2 のハイペロン相互作用に関する研究に道筋をつけられたこと、ハドロン-クォーククロスオーバー描像に基づいた状態方程式の構築と構築と数値テーブル化を進められたこと、バリオン間相互作用に関するHAL QCD 法とLuescher 法の関係を曖昧さなく理論的・数値的に明らかにしたこと、などの理由から本基盤研究の推進が順調に進んでいると言える。

今後の研究の推進方策

今後の推進方策としては、参画研究者間の連携により、以下を行う。(1) 物理点近傍でのゲージ配位を用いたS=-2,-3 のハイペロン相互作用に関する研究を完成させ原著論文を出版する。 (2) 格子QCD データを高精度化するLapH 法の実装を目指す。 (3) ハドロン-クォーククロスオーバー描像に基づいた状態方程式の数値テーブルをCompOSE データベースで公開する。(4) チャンネル結合クラスター変分法に関する理論研究が進展させる。 (5) 格子QCD で得られたS=-2 のハイペロン相互作用のΞハイパー核への応用を行う。
当初申請予算に対して、研究支援員1名相当の経費が削減されて採択されたため、2018年度以降は、当初のテーマ1(格子QCDによるバリオン二体相互作用)とテーマ2(格子QCDによるバリオン三体相互作用)を、テーマI(格子QCDによるバリオン間相互作用)に統合し研究支援員雇用を2名から1名に削減した。当初テーマ3(クラスター変分法による高密度状態方程式)は、テーマII(クラスター変分法による高密度状態方程式)として維持し、研究支援員1名を雇用することとした。研究支援員の人数縮減の影響は、テーマIIの研究支援員がテーマIの研究にも関与することで最小化させることとした。
また、格子QCD の数値解析を専門にする研究支援員について、当初予定の2019 年1 月までの着任が2019年4 月着任にずれこんだため、給与3ヶ月分相当を次年度に繰り越すこととした。

  • 研究成果

    (15件)

すべて 2019 2018 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 1件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 11件、 招待講演 6件)

  • [国際共同研究] University of Illinois Urbana-Champaign/Washington University in St. Louis(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      University of Illinois Urbana-Champaign/Washington University in St. Louis
  • [雑誌論文] Continuity of vortices from the hadronic to the color-flavor locked phase in dense matter2019

    • 著者名/発表者名
      Mark G. Alford, Gordon Baym, Kenji Fukushima, Tetsuo Hatsuda, and Motoi Tachibana
    • 雑誌名

      Phys. Rev.

      巻: D99 ページ: 036004

    • DOI

      https://doi.org/10.1103/PhysRevD.99.036004

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Consistency between Luscher’s finite volume method and HAL QCD method for two-baryon systems in lattice QCD2019

    • 著者名/発表者名
      Takumi Iritani, Sinya Aoki, Takumi Doi, Tetsuo Hatsuda, Yoichi Ikeda, Takashi Inoue, Noriyoshi Ishii, Hidekatsu Nemura & Kenji Sasaki
    • 雑誌名

      Journal of High Energy Physics

      巻: 2019 ページ: 7

    • DOI

      https://doi.org/10.1007/JHEP03(2019)007

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] How to detect the shortest period binary pulsars in the era of LISA2019

    • 著者名/発表者名
      Koutarou Kyutoku, Yuki Nishino, Naoki Seto
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 483 ページ: 2615-2620

    • DOI

      https://doi.org/10.1093/mnras/sty3322

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Nuclear Forces from Lattice QCD2019

    • 著者名/発表者名
      T. Hatsuda
    • 学会等名
      The 2nd Int. Workshop on Quantum Many-Body Problems in Particle, Nuclear and Astrophysics
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Multi-messenger from compact binary mergers2019

    • 著者名/発表者名
      K. Kyutoku
    • 学会等名
      The 10th International Workshop on Very High Energy Particle Astronomy in 2019
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] What did we learn about neutron-star properties from AT 2017gfo2019

    • 著者名/発表者名
      K. Kyutoku
    • 学会等名
      Nucleosynthesis and electromagnetic counterparts of neutron-star mergers: Preparation for the new discovery,
    • 国際学会
  • [学会発表] Baryon Interactions from Lattice QCD2018

    • 著者名/発表者名
      T. Hatsuda
    • 学会等名
      The 8th Int. Conference on Quarks and Nuclear Physics
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Baryon-baryon interactions from lattice QCD2018

    • 著者名/発表者名
      T. Hatsuda
    • 学会等名
      Int. Symposium on Simplicity, Symmetry and Beauty of Atomic Nuclei
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Neutron Star Core: Densest State of Matter2018

    • 著者名/発表者名
      T. Hatsuda
    • 学会等名
      The Int. Symposium on Quantum Fluids and Solids
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] “Strange Nuclear Physics from QCD on Lattice2018

    • 著者名/発表者名
      T. Inoue
    • 学会等名
      13th International Conference on Hypernuclear and Strange Particle Physics
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Cluster Variational Method for Hyperonic Nuclear Matter with Coupled Channels2018

    • 著者名/発表者名
      H. Togashi and M. Takano
    • 学会等名
      The 8th International Conference on Quarks and Nuclear Physics
    • 国際学会
  • [学会発表] Lattice QCD Study of the Nucleon-Charmonium Interaction2018

    • 著者名/発表者名
      T. Sugiura, Y. Ikeda and N. Ishii
    • 学会等名
      The 8th International Conference on Quarks and Nuclear Physics
    • 国際学会
  • [学会発表] Hyperon Forces from QCD and Their Applications2018

    • 著者名/発表者名
      T. Inoue
    • 学会等名
      The 8th International Conference on Quarks and Nuclear Physics
    • 国際学会
  • [学会発表] Charmonium-nucleon interactions from $2+1$ flavor lattice QCD2018

    • 著者名/発表者名
      T. Sugiura, Y. Ikeda and N. Ishii
    • 学会等名
      36th International Symposium on Lattice Field Theory
    • 国際学会

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公開日: 2021-01-27  

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