格子ＱＣＤを用いた中性子星におけるハイペロン超流動の研究

2017 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 26400281
• 研究機関: 日本大学
• 研究代表者: 井上 貴史 日本大学, 生物資源科学部, 教授 (80407353)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: ハイペロン相互作用 / 超流動 / 中性子星 / QCD / 格子場の理論

研究実績の概要

本研究課題は中性子星の核においてハイペロンの超流動が実現しているか否かを理論的に探る研究である。ハイペロン間の相互作用は実験的に未知なので、格子QCD数値計算を用いて決定した上で、その相互作用を使用する点が本研究課題の特色である。
最終年度は、昨年度から継続して、核物質中におけるハイペロンの一体ポテンシャルの研究を行った。それは、一体ポテンシャルが超流動の研究に欠かせない重要な量だからである。第一に、中性子星の核におけるハイペロンの混在比率すなわち密度がハイペロンの化学ポテンシャルによって左右され、化学ポテンシャルは一体ポテンシャルで決まる。第2に、超流動の有無を調べる際に必要なハイペロンの質量が、真空中の質量ではなく、媒質中のフェルミ面近傍における有効質量であり、それが一体ポテンシャルから決まる。以上の理由から、格子QCDハイペロン相互作用をブルックナー・ハートリー・フォック量子多体理論に応用して、ハイペロン一体ポテンシャルを求めた。最終年度は特に格子QCD計算によるハイペロン相互作用の高品質化を進めた。
計算で得られた標準核密度におけるハイペロン一体ポテンシャルの深さは、ハイパー核実験データの示唆と定性的によく一致している。これは、強い相互作用の基礎理論であるQCDからストレンジ核物理を説明した歴史上初めての成功である。この成果は日本物理学会や国際会議で高い評価を受けた。現在、成果をまとめた論文を準備中である。
本課題の最終目標である超流動までには期間内に到達出来なかったが、そこに至る為に必要不可欠なハイペロン一体ポテンシャルには到達できた。今後は、この成功を足がかりにして、中性子星におけるハイペロン超流動の解明に挑戦したい。

研究成果

• [国際共同研究] サリー大学(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: サリー大学
• [雑誌論文] Doubly magic nuclei from lattice QCD forces at MPS=469MeV/c2 (2018)
  • 著者名/発表者名: C. McIlroy, C. Barbieri, T. Inoue, T. Doi, and T. Hatsuda
  • 雑誌名: Physical Review 巻: C97 ページ: 021303(R)
  • DOI: 10.1103/PhysRevC.97.021303
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Are two nucleons bound in lattice QCD for heavy quark masses? Consistency check with Luscher’s finite volume formula (2017)
  • 著者名/発表者名: Takumi Iritani, Sinya Aoki, Takumi Doi, Tetsuo Hatsuda, Yoichi Ikeda, Takashi Inoue, Noriyoshi Ishii, Hidekatsu Nemura, and Kenji Sasaki (HAL QCD Collaboration)
  • 雑誌名: Physical Review 巻: D96 ページ: 034521
  • DOI: 10.1103/PhysRevD.96.034521
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fully coupled-channels complex scaling method for the K－pp system (2017)
  • 著者名/発表者名: Akinobu Dote, Takashi Inoue, and Takayuki Myo
  • 雑誌名: Physical Review 巻: C95 ページ: 062201(R)
  • DOI: 10.1103/PhysRevC.95.062201
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hyperon single-particle potentials from QCD on lattice (2017)
  • 著者名/発表者名: Takashi Inoue for HAL QCD Collaboration
  • 雑誌名: PROCEEDINGS of SCIENCE 巻: INPC ページ: 277
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 物理点格子QCDによる近似的な核力とその応用 (2018)
  • 著者名/発表者名: 井上貴史
  • 学会等名: 日本物理学会第７３回年次大会
• [学会発表] 格子QCD計算を用いた核物質中のハイペロンの研究 (2017)
  • 著者名/発表者名: 井上貴史
  • 学会等名: 素粒子・原子核・宇宙「京からポスト京に向けて」シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] Hyperons in infinite nuclear matter based on the hyperon-baryon interactions from the HALQCD method (2017)
  • 著者名/発表者名: Takashi Inoue
  • 学会等名: 2nd EMMI Workshop on anti-matter, hyper-matter and exotica production at the LHC
  • 招待講演
• [学会発表] 物理点格子QCDによるハイペロン混合物質 (2017)
  • 著者名/発表者名: 井上貴史
  • 学会等名: 日本物理学会２０１７年秋季大会
• [学会発表] 格子QCDバリオン間相互作用の特徴 (2017)
  • 著者名/発表者名: 井上貴史
  • 学会等名: 原子核多体問題の進展と展望
  • 招待講演
• [備考] 井上貴史のホームページ(準備中)
  • URL: http://hp.brs.nihon-u.ac.jp/~t-inoue/index.html