| 研究課題/領域番号 |
25400266
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
河野 通郎 大阪大学, 核物理研究センター, 協同研究員 (40234710)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | ３体力 / 核物質の飽和性 / カイラル有効理論 / Ｇ行列 / スピン軌道力 / テンソル力 / 核物質計算 / 核物質の状態方程式 |
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| 研究実績の概要 |
私たちの世界の物質を構成する基本的要素である原子核を、核子（陽子と中性子）間にはたらく相互作用により形成される量子多体系として理解するという半世紀以上にわたる研究において、散乱実験で明らかになっている核子間力に基づく微視的記述では原子核の基本的性質である飽和性が再現されてこなかった。３体力が重要である可能性は現象論として予想されていたが、近年３体力を系統的に導入することのできるカイラル有効理論が発展し、この問題に対して定量的な考察が可能になった。
本研究課題では、２体力と整合的に３体力が導入されるカイラル有効理論を用いて、一つの核子の自由度については積分を行って２体化するという処方を導入し、核子が一定密度で無限に広がった核物質において標準的なＧ行列計算を行い、これまで２体力のみでは説明できなかった飽和性が自然に説明され、また原子核の殻構造をもたらすスピン軌道力の強さも説明可能であることを明らかにした。今年度は、対応する量子多体計算を有限核にも拡張した。
カイラル有効理論は、パイオンの自由度を残し、それより小さなスケールの物理は簡単なパラメーターで記述する理論的枠組みであるが、原子核の記述はスケール設定に依存すべきではない。２体力のみではスケール依存性が大きいものの、３体力まで考慮するとその依存性が小さくなるという望ましい結果になることを示した。この理由を、３体力が、２体力を定義する段階で消去した自由度に対する核媒質内補正として理解できることによることを、模型空間内等価・有効相互作用の観点から説明した。
以上の研究は、３体力の寄与が予言する特徴的な効果を原子核の構造や反応の様々な側面で検証する研究課題につながり、核構造におけるテンソル力やスピン軌道力の新しいパラメーター化がなされ、核子-核散乱および核-核散乱の記述において望ましい結果が得られるという具体的成果が得られた。
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| 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
近年、２体力と整合的に３体力を定義することのできるカイラル有効理論の枠組みによる核子間相互作用の記述が進展したことを受けて、平成２５年度の研究では、カイラル有効理論の３体力を取り入れた微視的な量子多体計算を行い、核物質の飽和性とスピン軌道力の強さを定量的に示すことができた。平成２６年度は、その内容について、量子系の記述のユニタリー変換に関する不変性と量子多体計算の結果との関係について理解を深めた。すなわち、２体力のみであれば、カイラル有効理論のスケールパラメーターに依存する結果が、３体力を取り入れればスケール依存性が消えることを明らかにし、３体力の効果の物理的な理解として、核力を定義する段階で消去した核子以外の自由度に対する媒質内での補正として理解できることを、原子核理論研究で発展してきた模型空間内有効相互作用理論の観点から考察した。
３体力の寄与を取り入れる計算を、表面を持つ現実の原子核についても行い、３体相関エネルギーを考慮する量子多体計算法を酸素原子核に対して適用した。仮想的な無限系の核物質計算で得られていた有効テンソル力の寄与のスケールパラメーター依存性などの性質が、有限系でも成り立つことを確かめることができた。
これまでに行った核物質の微視的有効相互作用に基づいて、核子散乱の記述に広く適用可能な相互作用をパラメーターし、核子-核散乱および核-核散乱の記述に適用し、３体力の効果がどのように現れるかを検証する課題についても進展があり、３体力が与える斥力効果と核媒質内で強められるテンソル力による相関効果が定量的に望ましい結果を与えることがわかった。この結果、散乱過程の微視的理解に新たな展望を開くことができた。
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| 今後の研究の推進方策 |
３体力の効果に関するこれまでの知見を基に、広くその効果を原子核の構造と散乱過程の実験データーと対応させることにより検証する課題を遂行する。核子あるいは原子核が原子核に衝突して散乱される過程については、九大グループとの共同研究によって汎用有効相互作用のパラメーター化の見通しがつき、その課題を完成させ、様々な実験データの解析に適用することにより、 QCD を基礎とする核子間相互作用に基づく微視的理解を進展させる。原子核構造の問題では、３体力の寄与が示唆するスピン軌道力の新しいパラメーター化が、これまで説明が困難であった現象の理解に望ましい結果を与えることが示されたことを踏まえて、従来の現象論的記述を３体力の効果を基に定量的に精密化する研究を広く展開する。３体力の特徴的な効果、特に核媒質中で強くなると予測される有効テンソル力の検証を目指す。
これまでの研究では、３体力を取り入れる方法として、まず核物質で有効２体化を行って量子多体計算に取り入れる手法を用いた。３体力の効果は、核力を定義する段階で消去するバリオンの自由度に対する媒質効果が主要なものであるとの考察によって、この近似手法が正当なものであることを示したが、３体力を直接扱うことも必要である。以前の論文で与えた結合クラスター法を用いた表式と、それと密接に関係するユニタリー模型演算子法の枠組みで３体力の行列要素の計算方法の定式化を試みる。
これらの課題を行うにあたっては、原子核の構造と散乱の問題を手掛けている他大学の研究者と議論することが必要であり、定期的に九州大学と大阪大学核物理研究センターに出向いて研究の進展を図る。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
前年度から繰り越した予算を、７月にカナダで開催された核構造国際会議への参加費・旅費に充てた。当初、１０月にハワイで開催された日米合同物理学会（核物理）への参加を予定していたが、９月に北京の KAVLI 理論物理学研究所で開かれた核力と有効相互作用に関する workshop に参加し発表を行うことに変更したため、金額として少し余裕が生じた。
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| 次年度使用額の使用計画 |
九州大学の研究者と行っている共同研究の打ち合わせ、大阪大学の研究者と行っている共同研究の打ち合わせのため、定期的に北九州市からそれぞれの大学に出張する旅費、そして物理学会に参加し研究発表を行うための旅費に予算の大部分を充てる。
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