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本研究計画では、中性子星を筆頭とする極限環境下で実現される高密度の核・クォーク物質に主眼を置き、その性質を解明することを目的としている。高密度物質を特徴付ける量のうち最も重要なものは、圧力と密度の関係式である状態方程式である。近年の発展がめざましい中性子星観測と理論の両輪から状態方程式に著しい制限をかけることを目指す。
本年度は、摂動QCDに再和の効果を取り入れて高密度クォーク物質の状態方程式の計算を行い、さらに再和について詳細な考察を行った。摂動論に再和の効果を取り入れる流儀には複数あり、それぞれの取り扱いについて検討を加えた。以上の摂動QCDによるアプローチと、中性子星の質量と半径の同時観測データを深層学習で解析するアプローチを総合して構築された状態方程式は、ハドロンからクォークへ連続的に転移する可能性を示している。この高密度でのハドロンからクォークへの連続的な相転移を、高密度物質からの直接シグナルによって捉える方策を検討した。その結果、重力波のシグナルによって検出できることが明らかになった。
また、カラー超伝導状態にある2フレーバーのクォーク物質の新奇相で現れる渦糸について議論した。現れる渦糸はゲージ群の非可換性が重要な役割を果たすアリス・ストリングと呼ばれるものであり、ハドロン相との接続や渦の閉じ込めなどを論じた。
さらに、ハドロン共鳴気体模型という現象論的模型に相互作用の効果を取り入れて状態方程式を構築した。この模型は、相対論的重イオン衝突実験で生成される高温のハドロン物質をよく記述することで知られている。この構築によって、高温からゼロ温度までの高密度物質を統一的な取り扱いが可能となる。
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