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2020 年度 実施状況報告書

極端な有限体積で切り拓くQCD・ハドロン物理のフロンティア

研究課題

研究課題/領域番号 20K14476
研究機関国立研究開発法人日本原子力研究開発機構

研究代表者

鈴木 渓  国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 先端基礎研究センター, 博士研究員 (40759768)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2023-03-31
キーワードカシミール効果 / 有限体積効果 / 格子フェルミオン / トポロジカル絶縁体 / ディラック半金属 / 量子色力学 / 格子QCD / ディラック電子系
研究実績の概要

通常のカシミール効果は、微小な間隔で置かれた2枚の金属板の存在によって真空のゼロ点エネルギーが変化することに伴って生じる引力(Casimir force)や負エネルギー(Casimir energy)などの物理現象の総称である。量子電磁力学(QED)に基づくカシミール効果、特に、光子場によって生じるものは、1997年に実験的に実証されたが、カシミール効果自体はスカラー粒子やフェルミオンも含めたあらゆる量子場に対して生じることが期待される。したがって、クォークとグルーオンの運動を記述する基礎理論である量子色力学(QCD)への拡張も自然な発想として期待される。QCDにおけるカシミール効果の実験的な観測はもちろん望まれるが、格子QCDシミュレーションを用いた数値的な検証も重要な課題である。
当該年度の主な成果として、ディラック粒子的な性質を持つ格子フェルミオンに対するカシミール効果の公式を初めて導出し、その詳細な性質を予言することに成功した。特に、格子QCDの分野において利用される格子フェルミオンとして、ナイーブフェルミオン、ウィルソンフェルミオン、(ドメインウォールフェルミオン定式化に基づく)オーバーラップフェルミオンにおけるカシミール効果の性質(カシミール力の符号やその強さ、境界条件依存性など)を調べた。これらの予言は将来的な格子QCDシミュレーションが行われた際の結果の解釈に役立つだけでなく、トポロジカル絶縁体表面やディラック半金属などで実現する(近似的な)ディラック電子系に対して観測されることが期待される。
1+1次元系における主な成果は速報論文としてまとめられPhysics Letters Bに掲載された。さらに、2+1次元、3+1次元に拡張した結果とトポロジカル絶縁体などの電子系との関係を議論した原著論文はPhysical Review Researchに受理された。

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

当初の研究計画で予定していたとおり、格子フェルミオン系におけるカシミール効果の導出に成功し2報の論文が学術雑誌に受理されたため、おおむね順調に進展していると評価する。当初の計画では格子シミュレーションへの応用を想定していたが、トポロジカル絶縁体やディラック半金属など現実に存在する電子系への適用も期待されるという点は、想定していた以上の成果と言える。

今後の研究の推進方策

当該年度の研究成果の素朴な拡張として、トポロジカル絶縁体やディラック半金属など現実に存在する物質の性質を定量的に反映した有効ハミルトニアンを用いて同様の解析を行う。特に、格子フェルミオンに対するカシミール効果を実験で観測するためには、カシミールエネルギーを計算するだけでなく、その輸送的性質・電磁的性質・熱力学的性質への影響など、より観測しやすい物理量を予言することができるとよい。さらに、当該年度は相互作用のない系の解析のみを行ったが、クォーク間相互作用が重要なQCDや電子間相互作用を含む強相関電子系などの「相互作用が無視できない系」において、カシミール効果がどのように変化していくかを調べることも重要なテーマである。

次年度使用額が生じた理由

新型コロナウイルス感染症の感染拡大の影響を受け、令和2年度に開催予定だった国内会議・国際会議の多くが中止あるいはオンライン会議となり出張を取りやめたため、出張に係る経費が次年度使用額として生じた。次年度使用額は、令和3年度分経費と合わせて、出張等に係る経費として使用する予定である。

  • 研究成果

    (18件)

すべて 2021 2020 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 2件、 査読あり 7件、 オープンアクセス 7件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 1件)

  • [国際共同研究] DESY(ドイツ)

    • 国名
      ドイツ
    • 外国機関名
      DESY
  • [国際共同研究] 山東大学(中国)

    • 国名
      中国
    • 外国機関名
      山東大学
  • [雑誌論文] Two relativistic Kondo effects: Classification with particle and antiparticle impurities2021

    • 著者名/発表者名
      Yasufumi Araki, Daiki Suenaga, Kei Suzuki, Shigehiro Yasui
    • 雑誌名

      Physical Review Research

      巻: 3 ページ: 013233-013233

    • DOI

      10.1103/PhysRevResearch.3.013233

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Spin-orbital magnetic response of relativistic fermions with band hybridization2021

    • 著者名/発表者名
      Yasufumi Araki, Daiki Suenaga, Kei Suzuki, Shigehiro Yasui
    • 雑誌名

      Physical Review Research

      巻: 3 ページ: 023098-023098

    • DOI

      10.1103/PhysRevResearch.3.023098

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Lattice-fermionic Casimir effect and topological insulators2021

    • 著者名/発表者名
      Tsutomu Ishikawa, Katsumasa Nakayama, Kei Suzuki
    • 雑誌名

      Physical Review Research

      巻: 印刷中 ページ: 印刷中

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Chiral separation effect catalyzed by heavy impurities2021

    • 著者名/発表者名
      Suenaga Daiki、Araki Yasufumi、Suzuki Kei、Yasui Shigehiro
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 103 ページ: 054041-054041

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.103.054041

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Spectrum of singly heavy baryons from a chiral effective theory of diquarks2020

    • 著者名/発表者名
      Yonghee Kim, Emiko Hiyama, Makoto Oka, Kei Suzuki
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 102 ページ: 014004-014004

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.102.014004

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Casimir effect for lattice fermions2020

    • 著者名/発表者名
      Tsutomu Ishikawa, Katsumasa Nakayama, Kei Suzuki
    • 雑誌名

      Physics Letters B

      巻: 809 ページ: 135713-135713

    • DOI

      10.1016/j.physletb.2020.135713

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Suppression of decay widths in singly heavy baryons induced by the UA(1) anomaly2020

    • 著者名/発表者名
      Yohei Kawakami, Masayasu Harada, Makoto Oka, Kei Suzuki
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 102 ページ: 114004-114004

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.102.114004

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] ウィルソン・フェルミオンにおける近藤効果2021

    • 著者名/発表者名
      石川力、中山勝政、鈴木渓
    • 学会等名
      日本物理学会第76回年次大会
  • [学会発表] ダイクォークのカイラル有効理論とバリオンのスペクトル2021

    • 著者名/発表者名
      金龍熙、肥山詠美子、岡真、鈴木渓、Yan-Rui Liu
    • 学会等名
      日本物理学会第76回年次大会
  • [学会発表] Casimir energy for the domain-wall fermion2020

    • 著者名/発表者名
      Katsumasa Nakayama, Tsutomu Ishikawa, Kei Suzuki
    • 学会等名
      Asia-Pacific Symposium for Lattice Field Theory (APLAT 2020)
    • 国際学会
  • [学会発表] 格子フェルミオンにおけるカシミール効果:ナイーブ、ウィルソン、ドメインウォール2020

    • 著者名/発表者名
      石川力、中山勝政、鈴木渓
    • 学会等名
      日本物理学会2020年秋季大会
  • [学会発表] カイラリティ不均一物質中における近藤効果2020

    • 著者名/発表者名
      末永大輝、鈴木渓、荒木康史、安井繁宏
    • 学会等名
      日本物理学会2020年秋季大会
  • [学会発表] 磁場中の近藤効果に起因したヘビークォークスピン分極2020

    • 著者名/発表者名
      末永大輝、荒木康史、鈴木渓、安井繁宏
    • 学会等名
      日本物理学会2020年秋季大会
  • [学会発表] UA(1)アノマリーによるsingly heavy baryonsの崩壊幅の抑制2020

    • 著者名/発表者名
      川上洋平、原田正康、岡眞、鈴木渓
    • 学会等名
      日本物理学会2020年秋季大会
  • [学会発表] ベクトルダイクォークのカイラル有功理論によるヘビーバリオンのスペクトル2020

    • 著者名/発表者名
      金龍熙、肥山詠美子、岡真、鈴木渓、Yan-Rui Liu
    • 学会等名
      日本物理学会2020年秋季大会
  • [学会発表] 非定常磁場中におけるチャーモニウムの混合比2020

    • 著者名/発表者名
      岩崎幸生、鈴木渓、岡眞
    • 学会等名
      日本物理学会2020年秋季大会

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公開日: 2021-12-27  

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