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2021 年度 実施状況報告書

格子QCDで探る核子の構造

研究課題

研究課題/領域番号 18K03605
研究機関東北大学

研究代表者

佐々木 勝一  東北大学, 理学研究科, 准教授 (60332590)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2023-03-31
キーワードハドロン / 量子色力学 / 格子ゲージ理論 / 核子構造
研究実績の概要

本研究では核子の構造を特徴づける物理量に対する理論計算を縮退した軽いアップ・ダウンクォークと、それらよりも重いストレンジクォークの真空偏極を取り入れた、2+1フレーバー格子QCD計算により行なっている。近年、格子QCD計算のコミュニティでは、コミュニティ外の研究者に向けて、格子QCD計算の結果をレビューし、幾つかの物理量に対しては、QCD理論に基づく第一原理計算の理論値として各格子QCDグループの結果に対してFLAGと呼ばれる格付けも行われている。その格付けの中では「物理点での評価」、「有限体積効果の除去」と共に、格付け判断の大きな指標として、「有限格子間隔に伴う系統誤差の除去(連続極限の遂行)」がある。本研課題では、格子QCDグループPACSにより生成された「PACS10」と呼ばれるQCDゲージ配位を用いることで、π中間子が実験値135MeVに相当するクォーク質量(物理点での評価)で 1辺が10fmを超える物理体積(有限体積の除去)で数値計算を実行することにより、前者2つに関しては既にクリアできている。昨年度から継続して行ってきた新しい格子間隔(0.06 fm)での数値計算を、当該年度はスパコン富岳の利用によりほぼ完遂することができ、2つの格子間隔(0.08 fmと0.06fm)による計算結果を比較することで、残された3つ目の指標である、理論の格子化による系統誤差の評価を行える段階まで研究が進展した。特に、核子の大きさに関しては、1つ目の格子間隔(0.08 fm)での計算結果によって、格子QCDによる理論値が実験値をかなり過小評価する結果であった理由が、当該年度で得られた2つ目の格子間隔(0.06 fm)での計算によって、それが理論の格子化による系統誤差によるものであることが特定でき、核子の大きさのパズル解決に向けて、連続極限の遂行が必要不可欠であることが判明した。

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

世界的な新型コロナ禍での国際会議のキャンセルに伴い、当初見込んでいたそれら国際会議においての研究成果発表などは計画通りに行えていない。その反面、令和3年度は、HPCI一般利用課題としてスパコン富岳の利用申請が1年間採択され、富岳の利用により、新しい格子間隔(0.06 fm)上での格子QCD数値計算が順調に進み、核子の大きさや中性子β崩壊を特徴付ける核子軸性電荷g_Aを含む5つの核子の静的な性質を反映する物理量について、これまでに計算が完了している格子間隔0.08 fm上の結果と合わせて、連続極限を視野に入れた理論の格子化による系統誤差の評価が行えるところまで研究が進んだ。

今後の研究の推進方策

現在までに、2つの格子間隔(0.08 fmと0.06 fm)上で核子の大きさや中性子β崩壊を特徴付ける核子軸性電荷g_Aを含む5つの核子の静的な性質を反映する物理量についての計算がほぼ完了し、2つの計算結果から残されていた理論の格子化による系統誤差の評価が行える段階になった。最終的な目標である連続極限を行うために、3つ目の格子間隔(0.04 fm)の計算に着手することが必要である。

次年度使用額が生じた理由

世界的な新型コロナ禍での国際会議のキャンセルや学会、国内研究会のオンライン化に伴い、当初見込んでいたそれら国際会議、研究会、学会への参加費用や旅費及び滞在費の支出がなくなったため。今後、新型コロナ感染状況が改善すれば、国内外の国際会議や研究会の通常開催が行われると予想される。そのため次年度に、再開された対面型の国際会議や研究会への参加のために使用することを計画している。また、新型コロナ感染状況が改善しない場合でも、今後ますますオ ンラインによる研究交流や研究発表の機会が増えるため、そういったオンラインによる研究活動を円滑に行うための環境改善の経費として使用することや、スパ コンの有償利用により研究を促進を行うため、その利用負担金として使用することも考えている。

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2022 2021

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 3件)

  • [雑誌論文] Calculation of the derivative of nucleon form factors in Nf=2+1 lattice QCD at Mπ=138??MeV on a (5.5??fm)3 volume2021

    • 著者名/発表者名
      Ishikawa Ken-Ichi、Kuramashi Yoshinobu、Sasaki Shoichi、Shintani Eigo、Yamazaki Takeshi、PACS Collaboration
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 104 ページ: 074514

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.104.074514

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] High-precision calculation of nucleon structure using HPC2022

    • 著者名/発表者名
      R. Tsuji, Y. Aoki, K.-I. Ishikawa, Y. Kuramashi, S. Sasaki, E. Shintani, T. Yamazaki
    • 学会等名
      The 4th R-CCS International Symposium The Supercomputer Fugaku: Simulation, Big data and AI supporting Society 5.0
    • 国際学会
  • [学会発表] 物理点格子QCDによる核子構造の計算2022

    • 著者名/発表者名
      辻竜太朗、青木保道、石川健一、藏増嘉伸、佐々木勝一、新谷栄吾、山崎剛
    • 学会等名
      日本物理学会第77回年次大会(2022)
  • [学会発表] The lower moments of nucleon structure functions in lattice QCD with physical quark masses2021

    • 著者名/発表者名
      R. Tsuji, Y. Aoki, K.-I. Ishikawa, Y. Kuramashi, S. Sasaki, E. Shintani, T. Yamazaki
    • 学会等名
      The 38th International Symposium on Lattice Field Theory
    • 国際学会
  • [学会発表] Nucleon isovector tensor charge from lattice QCD with physical light quarks2021

    • 著者名/発表者名
      R. Tsuji, Y. Aoki, K.-I. Ishikawa, Y. Kuramashi, S. Sasaki, E. Shintani, T. Yamazaki
    • 学会等名
      The 24th International Spin Symposium
    • 国際学会
  • [学会発表] 核子軸性電荷及びテンソル、スカラー荷の物理点格子QCD計算2021

    • 著者名/発表者名
      辻竜太朗、青木保道、石川健一、藏増嘉伸、佐々木勝一、新谷栄吾、山崎剛
    • 学会等名
      日本物理学会秋季大会(2021)

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公開日: 2022-12-28  

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