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2012 年度 実績報告書

物理的クォーク質量における有限温度・有限密度QCDの格子研究

研究課題

研究課題/領域番号 21340049
研究機関筑波大学

研究代表者

金谷 和至  筑波大学, 数理物質系, 教授 (80214443)

研究期間 (年度) 2009-04-01 – 2014-03-31
キーワード素粒子論 / 量子色力学 / クォーク・グルオン・プラズマ / 格子場の理論 / 計算物理学 / 有限温度 / 有限密度 / 状態方程式
研究概要

本プロジェクトは、有限温度・有限密度QCDを、u, d, sクォークの質量を現実の価に合わせたNf=2+1 格子QCDシミュレーションにより研究すること、及びそのための手法を開発することを目的としている。多くの研究ではスタガード型格子クォークを使っているが、原理的な問題を含んでいるので、本プロジェクトでは理論的に確立したウイルソン型クォークを使って研究する。
平成20年度に開発したT-integration法は、固定格子間隔アプローチにより、計算時間を大幅に抑えつつ、精度の高い有限温度計算を遂行する可能性を拓いた。クエンチ近似での試験研究の成功を受けて、現実的なNf=2+1QCDシミュレーションを、u,dクォーク質量が現実よりやや重い点で実行し、今年度、ウイルソン型クォークとして初めてのNf=2+1 QCDの状態方程式の計算結果を論文に発表した。また、この研究で生成されたQCD配位を使って、固定格子間隔法による静的クォークの自由エネルギーを計算し、固定格子間隔法が自由エネルギーの研究においても利点があることを示した論文を発表した。現在、これらの研究を拡張して、u,dクォーク質量をより現実の値に近づけたシミュレーションに向けて準備を進めている。
この研究と並行して、相転移次数を簡便に調べる新しい方法として、ヒストグラム法を開発し、その有効性の検証を、クォーク質量が大きい極限の近傍で行い、この場合の有限温度相構造を決定した論文を発表した。これを有限密度に拡張した研究も行い、論文を準備中である。ヒストグラム法をクォークが軽い場合に検証するため、現在、Nf=2 QCDでシミュレーションを実行している。既に化学ポテンシャルを大きくしたときに予想されている臨界点の出現を示唆する結果を得ており、その確認を進めている。
また、これまでのグループの研究を総合的に解説した論文を発表した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

我々が開発したT-integration法(固定格子間隔アプローチ)を、クォーク質量を軽くした現実的な場合に応用するためには、固定格子間隔アプローチの利点を活かす形でのベータ関数の計算方法を開発する必要がある。再重み付け法(reweighting法)を使ったベータ関数の新しい計算方法を考案し、その試験研究を行っており、実際に計算可能であることを確認したが、計算精度が目標には達しておらず、まだ実用になる水準には達していない。更なる工夫を盛り込む必要がある。また、既に結果の出ている研究成果を複数の論文にする作業も遅れ気味である。

今後の研究の推進方策

来年度は最終年度であり、これまでの成果を論文にする作業を進めるとともに、現在進行中の2つの主要プロジェクトをまとまった成果に導く。
ヒストグラム法によるNf=2 QCDの研究は、現在、統計をさらに蓄積するともに、クォークがより軽い領域に拡張するシミュレーションを進めている。また体積依存性を調べるために、体積が大きな格子での大型シミュレーションも開始した。臨界点の存在を明確に示した格子シミュレーションは無く、現在得られている兆候を確定できれば、格子による有限密度QCD研究を大きく進めることが出来ると考えている。固定格子間隔アプローチによる改良Wilson型クォークによるNf=2+1 QCDの研究では、現実的なクォーク質量近傍のシミュレーションを開始する。さらに、T-integration法を用いた状態方程式の研究のために、ベータ関数の研究を更に進める。

  • 研究成果

    (24件)

すべて 2012 その他

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 7件) 学会発表 (17件) (うち招待講演 9件)

  • [雑誌論文] Numerical study of QCD phase diagram at high temperature and density by a histogram method2012

    • 著者名/発表者名
      S. Ejiri, S. Aoki, T. Hatsuda, K. Kanaya, Y. Nakagawa, H. Ohno, H. Saito, T. Umeda
    • 雑誌名

      Cent. Eur. J. Phys

      巻: 10 ページ: 1322-1325

    • DOI

      10.2478/s11534-012-0054-7

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Ab initio study of the thermodynamics of quantum chromodynamics on the lattice at zero and finite densities2012

    • 著者名/発表者名
      Shinji Ejiri, Kazuyuki Kanaya, and Takashi Umeda
    • 雑誌名

      Prog. Theor. Exp. Phys

      巻: 2012 ページ: 1-35

    • DOI

      10.1093/ptep/pts005

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Equation of state in 2+1 flavor QCD with improved Wilson quarks by the fixed scale approach2012

    • 著者名/発表者名
      T. Umeda, et al.
    • 雑誌名

      Phys. Rev. D

      巻: 85, 094508 ページ: 1-11

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.85.094508

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Application of fixed scale approach to static quark free energies in quenched and 2+1 flavor lattice QCD with improved Wilson quark action2012

    • 著者名/発表者名
      Y. Maezawa, et al.
    • 雑誌名

      Prog. Theor. Phys.

      巻: 128 ページ: 955-970

    • DOI

      10.1143/PTP.128.955

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Thermodynamics in 2+1 flavor QCD with improved Wilson quarks by the fixed scale approach2012

    • 著者名/発表者名
      T. Umeda, et al.
    • 雑誌名

      PoS (LATTICE 2012)

      巻: 074 ページ: 1-7

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Probability distribution functions in the finite density lattice QCD2012

    • 著者名/発表者名
      S. Ejiri, et al.
    • 雑誌名

      PoS (LATTICE 2012)

      巻: 089 ページ: 1-7

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Phase structure of finite density QCD with a histogram method2012

    • 著者名/発表者名
      Y. Nakagawa, et al.
    • 雑誌名

      PoS (LATTICE 2012)

      巻: 092 ページ: 1-7

    • 査読あり
  • [学会発表] Probability distribution functions in the finite density lattice QCD

    • 著者名/発表者名
      S. Ejiri
    • 学会等名
      The XXX International Symposium on Lattice Field Theory (Lattice 2012)
    • 発表場所
      Cairns, Australia
  • [学会発表] Phase structure of finite density QCD with a histogram method

    • 著者名/発表者名
      Y. Nakagawa
    • 学会等名
      The XXX International Symposium on Lattice Field Theory (Lattice 2012)
    • 発表場所
      Cairns, Australia
  • [学会発表] Thermodynamics in 2+1 flavor QCD with improved Wilson quarks by the fixed scale approach

    • 著者名/発表者名
      T. Umeda
    • 学会等名
      The XXX International Symposium on Lattice Field Theory (Lattice 2012)
    • 発表場所
      Cairns, Australia
  • [学会発表] Lattice QCD at finite T and µ -- updates from Lattice 2012

    • 著者名/発表者名
      金谷 和至
    • 学会等名
      基研研究会 熱場の量子論とその応用2012
    • 発表場所
      京都大学基礎物理学研究所
    • 招待講演
  • [学会発表] Phase structure of finite density lattice QCD with a histogram method

    • 著者名/発表者名
      中川 義之
    • 学会等名
      基研研究会 熱場の量子論とその応用2012
    • 発表場所
      京都大学基礎物理学研究所
  • [学会発表] Study of finite density lattice QCD by a histogram method

    • 著者名/発表者名
      S. Ejiri
    • 学会等名
      International workshop on ``New Frontiers in Lattice Gauge Theory''
    • 発表場所
      Galileo Galilei Inst. Theor. Phys., Florence, Italy
    • 招待講演
  • [学会発表] ヒストグラム法で探る有限密度格子QCDの相構造

    • 著者名/発表者名
      中川 義之
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      京都産業大学, 京都
  • [学会発表] Phase structure of lattice QCD at finite density by a histogram method

    • 著者名/発表者名
      S. Ejiri
    • 学会等名
      International workshop on "The Sign Problem in QCD and Beyond"
    • 発表場所
      Regensburg, Germany
    • 招待講演
  • [学会発表] Finite density QCD with Wilson quarks using the histogram method

    • 著者名/発表者名
      K. Kanaya
    • 学会等名
      International workshop "QCD Structure I"
    • 発表場所
      Wuhan, China
    • 招待講演
  • [学会発表] Finite density lattice gauge theory

    • 著者名/発表者名
      S. Ejiri
    • 学会等名
      International workshop "QCD Structure I"
    • 発表場所
      Wuhan, China
    • 招待講演
  • [学会発表] Numerical study of QCD phase structure at finite temperature and density

    • 著者名/発表者名
      S. Ejiri
    • 学会等名
      Conference on "Computational Physics 2012" (CCP 2012)
    • 発表場所
      Kobe Port Island, Kobe, Japan
    • 招待講演
  • [学会発表] Lattice study of the phase structure in finite density QCD with a histogram method

    • 著者名/発表者名
      Y. Nakagawa
    • 学会等名
      Symposium on Quarks to Universe in Computational Science (QUCS2012)
    • 発表場所
      Nara Japan
  • [学会発表] Study of finite density lattice QCD by the histogram method

    • 著者名/発表者名
      S. Ejiri
    • 学会等名
      Symposium on Quarks to Universe in Computational Science (QUCS2012)
    • 発表場所
      Nara Japan
    • 招待講演
  • [学会発表] Finite density QCD on the lattice with a histogram method

    • 著者名/発表者名
      K. Kanaya
    • 学会等名
      International workshop on "Quarks, Gluons, and Hadronic Matter under Extreme Conditions"
    • 発表場所
      St. Goar, Germany
    • 招待講演
  • [学会発表] Finite density QCD with a histogram method

    • 著者名/発表者名
      K. Kanaya
    • 学会等名
      School and workshop "New Horizons in Lattice Field Theory"
    • 発表場所
      Natal, Brazil
    • 招待講演
  • [学会発表] 格子QCDシミュレーションにおけるβ関数の計算に関する研究

    • 著者名/発表者名
      齋藤 華
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      広島大学, 東広島
  • [学会発表] multi-parameter reweighting法を用いた有限密度QCDの相構造の解明

    • 著者名/発表者名
      中川 義之
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      広島大学, 東広島

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公開日: 2014-07-24  

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