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2018 年度 実施状況報告書

格子QCD数値計算に基づいた中性子星ハイペロン問題への挑戦

研究課題

研究課題/領域番号 18K03628
研究機関日本大学

研究代表者

井上 貴史  日本大学, 生物資源科学部, 教授 (80407353)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2023-03-31
キーワード中性子星 / ハイペロン / 量子色力学 / 格子場の理論
研究実績の概要

本研究課題は、中性子星のハイペロン問題に、基礎理論であるQCDの数値計算に基づいて挑戦するものである。すなわち、中性子星の核にハイペロンは存在するのか否か、もしするのであれば太陽質量の2倍を越える中性子星はどの様に支えられているのか、しないのであれば自然な予想に反して超高密度物質のなかにハイペロンが混ざらないのは何故なのか、を明らかにしようとしている。ここで、ハイペロンとはストレンジネスを持ったバリオンであり、ΛとΣとΞなどが存在する。また、バリオンとは核子(陽子・中性子)の仲間の総称である。この問題を解く鍵の1つはハイペロンと核子の相互作用であり、もう1つはバリオン量子多体理論である。相互作用は、実験的な情報が乏しいので、大規模な格子QCDの数値計算を実施し、基礎理論から導出した。この部分は研究協力者を含めた共同研究グループの下で行った。バリオン量子多体理論には、既に確立している Bruckner-Hartree-Fock 理論を採用している。
本年度は、基礎理論から導いたバリオン間相互作用と BHF 理論を組み合わせた枠組みが有効であることを検証する目的で、Ξハイペロンと原子核からなる系の研究を開始した。Ξマイナスは電荷があるので原子核に束縛されて原子をつくる。そのエネルギー準位はバリオン間相互作用の影響でシフトしている。それらのエネルギー準位はX線を測定することで実験的に判るので、理論の正しさを検証する事ができる。本年度は、大胆な近似を用いて、Ξ-ニッケル原子のエネルギー準位を求めた。その結果は日本物理学会学会第74会年次大会で発表した。J-PARC で実際にΞ原子のX線を測定している実験グループから大きな反響があった。

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

本研究は、中性子星のハイペロン問題を基礎理論から解明する事を目指している。研究に用いる理論的枠組みを実験データから検証する事は必要不可欠なステップである。Ξ原子は本研究課題で用いている理論的枠組みを検証するには最適な対象である。本年度は、そのΞ原子のエネルギー準位の大まかな計算まで進む事ができたので、順調に進展していると考えている。

今後の研究の推進方策

次年度には、本年度に実施した予備計算を発展させて、Ξ原子のエネルギー準位の精密な計算を実施したい。そのためには有効G行列ポテンシャルの密度依存性や虚部の取扱いなど、越えなければならない点が幾つかある。文献を調査するなどして乗り越えたい。
現在、実験施設 J-PARC ではΞ原子のX線の測定が進んでおり、数年以内に実験データが利用可能になると思われる。その時に比較ができる様に、精密な計算結果を準備しておきたい。

次年度使用額が生じた理由

当初の計画では本年度に計算機を購入予定であったが、性能とコストを詳しく評価検討した結果、次年度に購入した方が効果的であると判明したため、購入を見送った。そのために若干の次年度使用金が生じた。そのぶんは次年度に解析用の計算機の購入にあてる。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2019 2018

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 6件) 学会発表 (2件) (うち国際学会 1件)

  • [雑誌論文] Systematics of the HAL QCD potential at low energies in lattice QCD2019

    • 著者名/発表者名
      Iritani Takumi、Aoki Sinya、Doi Takumi、Gongyo Shinya、Hatsuda Tetsuo、Ikeda Yoichi、Inoue Takashi、Ishii Noriyoshi、Nemura Hidekatsu、Sasaki Kenji、HAL QCD Collaboration
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 99 ページ: 014514

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.99.014514

    • 査読あり
  • [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
      Iritani Takumi、The HAL QCD collaboration、Aoki Sinya、Doi Takumi、Hatsuda Tetsuo、Ikeda Yoichi、Inoue Takashi、Ishii Noriyoshi、Nemura Hidekatsu、Sasaki Kenji
    • 雑誌名

      Journal of High Energy Physics

      巻: 2019 ページ: 7

    • DOI

      10.1007/JHEP03(2019)007

    • 査読あり
  • [雑誌論文] ΛN interaction from lattice QCD and its application to Λ hypernuclei2018

    • 著者名/発表者名
      Miyamoto Takaya、Aoki Sinya、Doi Takumi、Gongyo Shinya、Hatsuda Tetsuo、Ikeda Yoichi、Inoue Takashi、Iritani Takumi、Ishii Noriyoshi、Kawai Daisuke、Murano Keiko、Nemura Hidekatsu、Sasaki Kenji
    • 雑誌名

      Nuclear Physics A

      巻: 971 ページ: 113~129

    • DOI

      10.1016/j.nuclphysa.2018.01.015

    • 査読あり
  • [雑誌論文] I = 2 ππ scattering phase shift from the HAL QCD method with the LapH smearing2018

    • 著者名/発表者名
      HAL QCD Collaboration、Kawai Daisuke、Aoki Sinya、Doi Takumi、Ikeda Yoichi、Inoue Takashi、Iritani Takumi、Ishii Noriyoshi、Miyamoto Takaya、Nemura Hidekatsu、Sasaki Kenji
    • 雑誌名

      Progress of Theoretical and Experimental Physics

      巻: 2018 ページ: 043B04

    • DOI

      10.1093/ptep/pty032

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Most Strange Dibaryon from Lattice QCD2018

    • 著者名/発表者名
      Gongyo Shinya、Sasaki Kenji、Aoki Sinya、Doi Takumi、Hatsuda Tetsuo、Ikeda Yoichi、Inoue Takashi、Iritani Takumi、Ishii Noriyoshi、Miyamoto Takaya、Nemura Hidekatsu、HAL QCD Collaboration
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 120 ページ: 212001

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.120.212001

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Fully coupled-channel study of K-pp resonance in a chiral SU(3)-based KbarN potential2018

    • 著者名/発表者名
      Dot Akinobu、Inoue Takashi、Myo Takayuki
    • 雑誌名

      Physics Letters B

      巻: 784 ページ: 405~410

    • DOI

      10.1016/j.physletb.2018.08.029

    • 査読あり
  • [学会発表] Strange Nuclear Physics from QCD on Lattice2018

    • 著者名/発表者名
      Takashi Inoue for HAL QCD Collaboration
    • 学会等名
      The 13th International Conference on Hypernuclear and Strange Particle Physics
    • 国際学会
  • [学会発表] 物理点格子QCDによるΞ原子とΞ原子核の研究2018

    • 著者名/発表者名
      井上貴史 for HAL QCD Collaboration
    • 学会等名
      日本物理学会第74回年次大会

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公開日: 2019-12-27  

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