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2019 年度 実施状況報告書

「π中間子の重力形状因子はJ-PARCで観測できるか?」のQCDに基づく研究

研究課題

研究課題/領域番号 19K03830
研究機関順天堂大学

研究代表者

田中 和廣  順天堂大学, 医学部, 教授 (70263671)

研究分担者 熊野 俊三  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, 教授 (10253577)
研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
キーワード重力形状因子 / QCD / J-PARC / エネルギー・運動量テンソル / GPD
研究実績の概要

QCDのエネルギー・運動量テンソルのハドロン行列要素は、3個またはそれ以上の独立な形状因子で表すことができる。これらはドロンと重力子との相互作用を決定し重力形状因子と呼ばれる。重力形状因子には、ツイスト2、3、4に対応する形状因子が少なくとも1個ずつ、ハドロンの種類によらず現れるが、ツイスト3と4のものについては振る舞いが未知であった。
前方極限(ゼロ運動量移行)でのツイスト4の重力形状因子については、繰り込みスケールに対する依存性のみならずスケールが大きいときの漸近的値が、QCDのトレース・アノマリーに関係づけられることを、2ループまでの近似で本研究課題開始以前の研究結果として得ていたが、この結果を3ループレベルに拡張することができた。3ループにおいても、漸近値は、クォーク質量およびシグマ項と呼ばれる量に比例する効果を除き、カラーの数とフレーバー数で確定する値として求めることができた。さらにこの結果を応用し、核子やπ中間子の質量構造(全質量へのクォーク、グルーオンそれぞれからの寄与の割り出し)の新しい結果とそれが示唆する描像を提案することができた。
B中間子のような軽い反クォークと重いクォークからなる系に対する重力形状因子を考え、重いクォークの質量が無限大の極限において成り立つ関係を導出した。また、このような系についても、質量構造を表現する基本非摂動パラメーターをトレース・アノマリーに関係づける公式を求めることができた。
有限運動量移行の場合に、QCDの非摂動効果を扱って重力形状因子の振る舞いを求める試みとして、π中間子の場合に、ツイスト3と4の重力形状因子を光円錐QCD和則を用いて評価するための定式化を行った。これらの重力形状因子とπ中間子の歪化関数との関係を与える理論式の整備を行い、π中間子ビームを用いたJ-PARCプロセスの断面積の具体的計算をするための準備を行った。

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

2019年度4月から所属部局内の所属部署の長に就任し、予定していたエフォートが確保できていないところがある。1年目に進展させる予定だった計画は達成できなかったが、2年目以降に相補的に行う計画だった内容が予想を越えて進展したため、3年間の研究計画全体としてはおおむね順調と判断した。

今後の研究の推進方策

2019年度に行った定式化、理論式の整備、具体的計算をするための準備に基づいて推進する。有限運動量移行の場合にQCDの非摂動効果を扱って重力形状因子の振る舞いを求める試みとして、π中間子のツイスト3と4の重力形状因子について、光円錐QCD和則を用いた評価を進めていく。また、π中間子ビームを用いたJ-PARCプロセスの断面積の理論式の導出を進める。この断面積の理論式を得ると、重力形状因子とπ中間子の歪化関数との関係を与える理論式を考慮した断面積の数値評価に進んでいくことができる。

次年度使用額が生じた理由

申請時の計画として次年度にノートパソコンの購入を予定しているので、不覚にも比較的少額で残ってしまった残金を次年度分と合わせて、より高性能のノートパソコン購入を狙うか、または、数式計算に必要なパソコンソフト購入の資金にあてることとした。

  • 研究成果

    (18件)

すべて 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 3件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 9件、 招待講演 8件)

  • [国際共同研究] Brookhaven National Laboratory(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      Brookhaven National Laboratory
  • [国際共同研究] Zhengzhou University(中国)

    • 国名
      中国
    • 外国機関名
      Zhengzhou University
  • [雑誌論文] Deuteron polarizations in the proton-deuteron Drell-Yan process for finding the gluon transversity2020

    • 著者名/発表者名
      Shunzo Kumano, Qin-Tao Song
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 101 ページ: 094013, 1-8

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.101.094013

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Gluon transversity in polarized proton-deuteron Drell-Yan process2020

    • 著者名/発表者名
      S. Kumano,Qin-Tao Song
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 101 ページ: 054011 (1-22)

    • DOI

      https://doi.org/10.1103/PhysRevD.101.054011

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Operator Relations for Gravitational Form Factors2019

    • 著者名/発表者名
      Kazuhiro Tanaka
    • 雑誌名

      JPS Conference Proceedings

      巻: 26 ページ: 021003 (1-4)

    • DOI

      https://doi.org/10.7566/JPSCP.26.021003

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] ハドロンの重力形状因子2019

    • 著者名/発表者名
      熊野俊三
    • 雑誌名

      原子核研究

      巻: 第64巻 ページ: 76-89

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Gravitational form factors and light-cone distributions for pseudoscalar mesons2020

    • 著者名/発表者名
      Kazuhiro Tanaka
    • 学会等名
      Mainz Institute for Theoretical Physics Program “Light-Cone Distribution Amplitudes of Hadrons in QCD and Their Applications”, Mainz, Germany, January 13-24, 2020
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Accessing nucleon GPDs with the exclusive pion-induced Drell-Yan process at J-PARC2020

    • 著者名/発表者名
      Kazuhiro Tanaka
    • 学会等名
      日本物理学会 第75回年次大会シンポジウム Japan-Korea symposium on high-energy reactions and flavors in quark matter, 名古屋大学現地開催中止によるオンライン開催, 2020年3月16日-19日
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] QCDトレースアノマリーのクォークおよびグルーオンのエネルギー運動量テンソルの寄与への分解公式2020

    • 著者名/発表者名
      田中和廣、八田佳孝、Abha Rajan
    • 学会等名
      日本物理学会 第75回年次大会, 名古屋大学現地開催中止によるオンライン開催, 2020年3月16日-19日
  • [学会発表] Quark and gluon transversity distributions2020

    • 著者名/発表者名
      Shunzo Kumano
    • 学会等名
      KEK workshop on Nucleon electric dipole moments and spin structure in 2020, KEK, Tokai, Japan, January 11, 2020
    • 国際学会
  • [学会発表] Partonic structure of tensor-polarized deuteron2020

    • 著者名/発表者名
      Shunzo Kumano
    • 学会等名
      Workshop on Exploring QCD with light nuclei at EIC, Stony Brook, New York, USA, January 21-24, 2020
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Internal structure of exotic-hadron candidates by hard reactions2020

    • 著者名/発表者名
      Shunzo Kumano
    • 学会等名
      KEK workshop on Physics of heavy-quark and exotic hadrons, KEK, Tokai, Japan, January 27-29, 2020
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 陽子・重陽子衝突におけるグルーオン・トランスバーシティ分布研究2020

    • 著者名/発表者名
      熊野俊三, 宋勤涛
    • 学会等名
      日本物理学会 第75回年次大会, 名古屋大学現地開催中止によるオンライン開催, 2020年3月16日-19日
  • [学会発表] Operator relations for gravitational form factors2019

    • 著者名/発表者名
      Kazuhiro Tanaka
    • 学会等名
      9th International Conference on Physics Opportunities at an Electron-Ion-Collider (POETIC 2019), Berkeley, USA, September 16-21, 2019
    • 国際学会
  • [学会発表] ハドロンの重力形状因子に対するQCD関係式2019

    • 著者名/発表者名
      田中和廣
    • 学会等名
      研究会「クォーク模型からみたエキゾチックハドロン研究の進展とQCDの新展開」, 理化学研究所 和光キャンパス, 2019年7月6日
    • 招待講演
  • [学会発表] Accessing GPDs with the exclusive pion-induced Drell-Yan process at J-PARC2019

    • 著者名/発表者名
      Kazuhiro Tanaka
    • 学会等名
      11th Circum-Pan-Pacic Symposium on High Energy Spin Physics, Miyazaki, Japan, August 27-30, 2019
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Gravitational form factors for finding mass and pressure distributions in hadrons2019

    • 著者名/発表者名
      Shunzo Kumano
    • 学会等名
      11th Circum-Pan-Pacic Symposium on High Energy Spin Physics, Miyazaki, Japan, August 27-30, 2019
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Generalized distribution amplitudes and gravitational form factors of hadrons2019

    • 著者名/発表者名
      Shunzo Kumano
    • 学会等名
      XVth Rencontres du Vietnam "Perspectives in Hadron Physics", Quy Nhon, Vietnam, September 22-28, 2019
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2021-01-27  

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