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2021 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, その他部局等, シニアフェロー (10253577)
研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2023-03-31
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 / 3ループ / QCD和則 / 高次ツイスト
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、ツイスト2, 3, 4に対応する重力形状因子に分解でき、ツイスト3と4の重力形状因子は振る舞いが未知であった。ツイスト4の重力形状因子の前方極限(ゼロ運動量移行)での繰り込みスケール依存性の定量計算については、3ループ補正まで取り入れた精密な計算を核子の場合に行った。クォーク質量とシグマ項と呼ばれる量に比例する効果からの影響(不定性)を含めた数値予言を得た。また、同様な3ループ定量計算をπ中間子の場合に拡張し数値予言を求めたところ、QCDのトレース・アノマリーに関係した漸近的値への接近はやはり緩やかだが、クォーク質量に比例する寄与が主要項を与え、核子の場合とは異なる特徴が明らかとなった。これらは、SPIN2021国際会議で発表しProceedings of Science誌上に掲載予定である。
非前方(有限運動量移行)でのπ中間子の重力形状因子の定量評価と、π中間子ビームを用いたJ-PARCプロセスの断面積の定量評価のそれぞれについて、光円錐QCD和則を用いた計算を進めた。特に後者の場合については、和則の分散公式の構成で非連結なカレント行列要素と連結なものとを含む公式を前年度に得ていたが、非連結なカレント行列要素の寄与をπ中間子の歪化関数を用いて表す公式を得た。
米国フェルミ研究所のニュートリノビームを利用した重力形状因子測定についても、米国の実験研究者と共同で検討し、NuFact2021国際会議で発表してその報告書をProceedings of Science誌上に出版した。また、スピン1のハドロンの、高次ツイストパートン分布関数を分類し、そのツイスト2部分を抽出する関係式を導いた。ツイスト2部分を抽出したあとの残りの部分を、クォーク場のQCD運動方程式を用いることによりマルチパートン分布関数で表す関係式も導いた。

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

ツイスト4の重力形状因子の前方極限(ゼロ運動量移行)での定量計算を予定通り、核子とπ中間子のそれぞれの場合について、現時点で実行可能な世界最高精度で完了することができた。J-PARCプロセスの断面積の計算については、計算式に当初の想定を越えた項の存在が明らかになり、その扱いについての先行研究も無かったが、分散公式の一般理論に基づき検討して、対処法に目処をつけることができた。また、米国フェルミ研究所のニュートリノビームを利用した重力形状因子の測定可能性についても、予想外の進展があった。
国外や国内の出張旅費として研究費の支出を予定していたが、コロナ禍が続き出張は実現できなかった。しかし、オンラインでの国内外の研究集会において、研究成果の発表を行うことができた。なお、支出できなかった残額を使用して、研究成果を充実させ精緻に達成するため、次年度の期間延長をすることとした。
以上を総合し、おおむね順調とした。

今後の研究の推進方策

J-PARCプロセスの断面積の計算とその結果の検討・考察のため、歪化関数へのループ補正とこれに基づく繰り込みスケール依存性を考慮し、込み入った計算を大量に行う必要が出てきた。この計算の遂行を分担してもらうため、新たに分担者を追加した。新しい分担者には、代表者および以前からの分担者と並列進行で、パソコンによる数式処理計算および数値計算を進めてもらう。

次年度使用額が生じた理由

成果発表のために、国外や国内の出張旅費として支出を予定していたが、コロナ禍が続き出張は実現できなかったため、期間延長し次年度に使用することとした。次年度が最終年度となるが、現時点で次年度中の旅費の支出を見込んで使用計画を立てることは、不確定要素が大きく困難と思われる。一方で、研究成果を充実させ精緻に達成するために、込み入った計算を大量に行う必要が出てきているため、代表者および次年度に新たに追加した分担者が高性能のパソコンを購入し、必要な計算を並列して効率的に行えるようにする方針である。ただし、現地開催される研究集会への出席が可能な状況になれば、その旅費として使用することも検討する。

  • 研究成果

    (26件)

すべて 2022 2021 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 (20件) (うち国際学会 14件、 招待講演 7件)

  • [国際共同研究] Zhengzhou University(中国)

    • 国名
      中国
    • 外国機関名
      Zhengzhou University
  • [国際共同研究] University of South Carolina(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      University of South Carolina
  • [雑誌論文] Equation-of-motion and Lorentz-invariance relations for tensor-polarized parton distribution functions of spin-1 hadrons2022

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

      Physics Letters B

      巻: 826 ページ: 136908~136908

    • DOI

      10.1016/j.physletb.2022.136908

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Possible studies on generalized parton distributions and gravitational form factors in neutrino reactions2022

    • 著者名/発表者名
      Shunzo Kumano, Roberto Petti
    • 雑誌名

      Proceedings of Science

      巻: NuFact2021 ページ: 092, 1-7

    • DOI

      10.22323/1.402.0092

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Twist-2 relation and sum rule for tensor-polarized parton distribution functions of spin-1 hadrons2021

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

      Journal of High Energy Physics

      巻: 2021 ページ: 1-24

    • DOI

      10.1007/JHEP09(2021)141

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] 日本の核物理の将来レポート 2021年版7章「核子構造の物理」2021

    • 著者名/発表者名
      永江知文他、熊野俊三
    • 雑誌名

      原子核研究

      巻: 66 ページ: 1-316

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Hadron physics from baryon structure2022

    • 著者名/発表者名
      Shunzo Kumano
    • 学会等名
      Second International Workshop on Extension Project for the J-PARC Hadron Experimental Facility (2nd J-PARC HEF-ex WS), (Online) J-PARC, Tokai, Japan, February 18, 2022
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 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それぞれへのトレースアノマリーとπ中間子の質量公式・重力形状因子への応用2022

    • 著者名/発表者名
      田中和廣
    • 学会等名
      日本物理学会 第77回年次大会, オンライン(Zoom)開催, 2022年3月15日-19日
  • [学会発表] B中間子の光円錐波動関数と擬波動関数の摂動的マッチングについて2022

    • 著者名/発表者名
      川村浩之, 田中和廣
    • 学会等名
      日本物理学会 第77回年次大会, オンライン(Zoom)開催, 2022年3月15日-19日
  • [学会発表] Possible studies of gluon transversity in the spin-1 deuteron at hadron-accelerator facilities2021

    • 著者名/発表者名
      Shunzo Kumano
    • 学会等名
      28th International workshop on Deep-Inelastic Scattering and Related Subjects (DIS2021), (Online) Stony Brook, New York, USA, April 14, 2021
    • 国際学会
  • [学会発表] Electric quadrupole moment of Ω-2021

    • 著者名/発表者名
      熊野俊三
    • 学会等名
      Meeting of the K10 Task Force at J-PARC, (Online) Tokai, Japan, April 15, 2021
    • 招待講演
  • [学会発表] Hadron tomography and gravitational form factors2021

    • 著者名/発表者名
      Shunzo Kumano
    • 学会等名
      Workshop on Mass in the Standard Model and Consequences of its Emergence, (Online) ECT*, Trento, Italy, April 20, 2021
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] TMDs for spin-1 hadrons2021

    • 著者名/発表者名
      Shunzo Kumano
    • 学会等名
      QCD Evolution Workshop 2021, (Online) UCLA, Los Angeles, USA, May 14, 2021
    • 国際学会
  • [学会発表] J-PARC hadron physics and future possibilities on color transparency2021

    • 著者名/発表者名
      Shunzo Kumano
    • 学会等名
      Workshop on The Future of Color Transparency and Hadronization Studies at Jefferson Lab and Beyond, (Online) USA-eastern time, MSU/Orsay/FIU/Penn State, June 7, 2021
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Gluon transversity and TMDs for spin-1 hadrons2021

    • 著者名/発表者名
      Shunzo Kumano
    • 学会等名
      19th International Conference on Hadron Spectroscopy and Structure (Haron2021), (Online) Mexico City, Mexico, July 28, 2021
    • 国際学会
  • [学会発表] Structure functions of spin-1 deuteron2021

    • 著者名/発表者名
      Shunzo Kumano
    • 学会等名
      8th EicC workshop in Lanzhou, (Online) Lanzhou, China, August 27, 2021
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Possible studies on generalized parton distributions and gravitational form factors by high-energy LBNF neutrino beam2021

    • 著者名/発表者名
      Shunzo Kumano
    • 学会等名
      22nd International Workshop on Neutrinos from Accelerators (NuFact 2021), (Online/In person) Cagliari, Italy, September 9, 2021
    • 国際学会
  • [学会発表] Three-loop corrections to the quark and gluon decomposition of the QCD trace anomaly and their applications2021

    • 著者名/発表者名
      Kazuhiro Tanaka
    • 学会等名
      The 24th International Spin Symposium (SPIN2021), hybrid (Matsue, Japan and online), October 18-22, 2021
    • 国際学会
  • [学会発表] TMDs for spin-1 hadrons2021

    • 著者名/発表者名
      Shunzo Kumano
    • 学会等名
      The 24th International Spin Symposium (SPIN2021), hybrid (Matsue, Japan and online), October 18-22, 2021
    • 国際学会
  • [学会発表] B中間子の光円錐波動関数と擬波動関数への輻射補正の解析2021

    • 著者名/発表者名
      川村浩之, 田中和廣
    • 学会等名
      日本物理学会 秋季大会, オンライン(Zoom)開催, 2021年9月14日-17日
  • [学会発表] 核子のツイスト4の重力形状因子に対する3ループQCD補正の効果Ⅱ2021

    • 著者名/発表者名
      田中和廣
    • 学会等名
      日本物理学会 秋季大会, オンライン(Zoom)開催, 2021年9月14日-17日
  • [学会発表] スピン1粒子のツイスト3パートン分布関数2021

    • 著者名/発表者名
      熊野俊三, 宋勤涛
    • 学会等名
      日本物理学会 秋季大会, オンライン(Zoom)開催, 2021年9月14日-17日
  • [学会発表] Polarized PDFs and TMDs for spin-1 hadrons2021

    • 著者名/発表者名
      Shunzo Kumano
    • 学会等名
      5th Workshop on QCD Structure of the Nucleon, (In person/Online) Alcala de Henares, Madrid, Spain, October 6, 2021
    • 国際学会
  • [学会発表] Novel hadron physics by structure functions of spin-1 hadrons2021

    • 著者名/発表者名
      Shunzo Kumano
    • 学会等名
      Light Cone 2021 Conference: Physics of Hadrons on the Light Front, (In-person/Online) Jeju Island, South Korea, November 30, 2021
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Operator relations for the GPDs and the gravitational form factors of hadrons2021

    • 著者名/発表者名
      Kazuhiro Tanaka
    • 学会等名
      High Energy Accelerator Research Organization (KEK) theory-center workshop on GPDs and related topics at J-PARC, online, Tsukuba, Japan, December 22, 2021
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Possible GPD studies at the Fermilab long-baseline neutrino facility2021

    • 著者名/発表者名
      Shunzo Kumano
    • 学会等名
      High Energy Accelerator Research Organization (KEK) theory-center workshop on GPDs and related topics at J-PARC, online, Tsukuba, Japan, December 22, 2021
    • 国際学会

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公開日: 2022-12-28  

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