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2014 年度 実施状況報告書

カイラル対称性を持つ格子QCDによるフレーバー物理の研究

研究課題

研究課題/領域番号 26400259
研究機関大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構

研究代表者

金児 隆志  大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 研究機関講師 (20342602)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2017-03-31
キーワード量子色力学 / 格子ゲージ理論 / 数値シミュレーション / フレーバー物理 / 新しい物理
研究実績の概要

本年度は格子QCDのゲージ配位の生成、及び、軽い中間子の電磁形状因子と弱崩壊形状因子の計算を完了し、チャームクォークを含む重い中間子の弱崩壊形状因子の計算に着手した。
格子QCDのゲージ配位は全ての物理量計算で使われる基礎データであるため、可能な限り理想的な配位を生成することが精密QCD計算を実現する鍵となる。本研究では、交付申請書に記載した通り、カイラル対称性を厳密に保つことにより、現実世界よりも重いクォーク質量で配位を生成し、カイラル摂動論を指導原理にして現実世界のクォーク質量への外挿を行う。これにより、統計誤差と外挿誤差を抑えて高精度計算を達成する。対称性を厳密に保った配位生成は膨大な計算機資源を必要とするが、シミュレーションアルゴリズムを改良し、また、高エネルギー加速器研究機構設置のスーパーコンピュータを用いることにより、研究計画を上回るペースで配位生成を行い、本年度半ばで完了することができた。
そこで、軽い中間子の電磁形状因子と弱崩壊形状因子の計算も行った。電磁形状因子のシミュレーションデータのクォーク質量依存性をカイラル摂動論と精密に比較することにより、カイラル外挿の誤差をどの程度抑えられるかを精査した。この知見に基づいてK中間子の弱崩壊形状因子の精密計算も行った。これにより、小林・益川行列要素|Vus|を1%以下の高精度で決定し、フレーバー物理の最重要課題の一つである、小林・益川行列のユニタリ性の検証と新物理模型への示唆の解釈を行った。これらの予備研究の結果は来年度中に論文にまとめる予定である。
さらに研究計画を前倒しして、チャームクォークを含む重い中間子の弱崩壊形状因子の計算を開始した。その際、上述した予備研究で得られた知見を活かして、シミュレーションパラメタの選定と計算手法の調整を行った。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

本年度はカイラル対称性を厳密に保って格子QCDのゲージ配位を生成することを計画していたが、アルゴリズムの改良やスーパーコンピュータの使用により、本年度半ばに配位生成を完了することができた。このため、本研究計画の最重要課題である重い中間子の形状因子の計算に向けた予備研究を行うことができた。これらの予備研究は、カイラル摂動論の不定パラメタである低エネルギー定数を決定してカイラル摂動論の適用可能性を拡張し、また、フレーバー物理の最重要課題の一つである小林・益川行列のユニタリ性の検証を推し進めるもので、別々に論文にまとめる価値がある。さらに、来年度以降に計画している重い中間子の計算におけるアルゴリズムの調整やパラメタ選定にも大いに役立つ。このため、本年度の研究は計画以上に進展したと考えている。

今後の研究の推進方策

本年度に生成した配位を用いて重い中間子の形状因子の計算を進めていく。この計算でまず重要となるのは、統計精度、ついで、カイラル外挿の精度である。統計精度に関しては、交付申請書にも記載した、クォーク行列の固有モードを用いた計算手法の改良が有望であると考えている。上述の予備研究でも改良を行ったが、その知見を活かして、さらなる改良に取り組みたい。また、予備研究によって軽い中間子の形状因子のカイラル展開の収束についての理解を大きく深めることができた。重い中間子の計算では、重中間子カイラル摂動論や重クォーク有効理論の示唆も取り入れて、外挿式の選定などを行いたい。
また、国内外の大型実験プロジェクトの進行により、交付申請書では計画していなかったバリオンの物理も素粒子標準理論の精密検証と新しい基礎理論の構築に大きな示唆を与えるようになりつつある。そこで、本研究計画の手法を将来、バリオンの物理に適応する可能性も併せて検討していきたい。

次年度使用額が生じた理由

所属研究機関での会議のため、国内出張の期間を短縮し、差額が生じた。

次年度使用額の使用計画

本格的に計算成果が出始める来年度以降により多くの学会・研究会に参加し、研究成果を発表するために使用する。

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2015 2014

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (4件) (うち招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Timelike pion form factor in lattice QCD2015

    • 著者名/発表者名
      X.Feng, S.Aoki, S.Hashimoto, T.Kaneko
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 91 ページ: 054504(1)-(16)

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.91.054504

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 厳密なカイラル対称性をもつ格子QCDによるK中間子セミレプトニック崩壊の研究2015

    • 著者名/発表者名
      金児隆志
    • 学会等名
      日本物理学会第70回年次大会
    • 発表場所
      早稲田大学
    • 年月日
      2015-03-24
  • [学会発表] Kl3 decays for search of new physics2015

    • 著者名/発表者名
      Takashi Kaneko
    • 学会等名
      CCS-BNL Workshop on Lattice Gauge Theories 2015
    • 発表場所
      筑波大学
    • 年月日
      2015-03-13
    • 招待講演
  • [学会発表] 素粒子標準理論を越える新物理の解明に向けて2015

    • 著者名/発表者名
      金児隆志
    • 学会等名
      HPCI戦略プログラム分野5全体シンポジウム
    • 発表場所
      紀尾井フォーラム
    • 年月日
      2015-03-12
  • [学会発表] 2ループカイラル摂動論に基づいた中間子形状因子の解析2014

    • 著者名/発表者名
      金児隆志
    • 学会等名
      日本物理学会2014年秋季大会
    • 発表場所
      佐賀大学
    • 年月日
      2014-09-18

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公開日: 2016-05-27  

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