2015 Fiscal Year Annual Research Report
有効模型と格子ＱＣＤ計算に基づいたＱＣＤ相図の高密度領域の解明
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15J07804
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
管野 淳平 九州大学, 理学府, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2015-04-24 – 2018-03-31
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| Keywords | 状態方程式 / 有効模型 / QCD相図 / 中性子星 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
EPNJL模型と呼ばれるクォークのダイナミクスを記述する模型には、ベクトル相互作用の強さがフリーパラメータとして含まれている。ベクトル相互作用の強さの精密な決定は、QCD相図の高密度領域の解明に必須である。そこでまず、ベクトル相互作用の強さを格子QCD計算のデータが存在する領域で精密に決定することを目指した。私は虚数化学ポテンシャル領域での格子QCD計算により、ベクトル相互作用の強さに敏感な物理量であるクォーク数密度が非常に小さな誤差で計算されていることに着目した。そのデータから、ゼロ密度領域でのベクトル相互作用の強さを精密に決定した。次に、ベクトル相互作用が密度依存性をもつ可能性を模索した。密度依存性を決定するにあたっては中性子星の質量と半径の観測データを使うことを提案した。中性子星に関する計算を行うには、クォークだけでなくハドロンのダイナミクスまでも記述する必要がある。そこで、ハドロンのダイナミクスをWalecka模型によって記述することにし、計算コードを中性子星物理への応用が可能な形で開発した。Walecka模型と、密度依存性をもつベクトル相互作用を含むEPNJL模型を組み合わせて2相模型を構築し、2相模型から中性子星の質量と半径の関係式を導出した。得られた関係式を観測データと比較することで、ベクトル相互作用の強さは密度の増加とともにGauss関数の形で減少していくことを発見した。また、上記の2相模型を用いて、中性子星内部にクォークが存在すると仮定した場合のQCD相図を描き、ゼロ温度でのハドロン・クォーク相転移点がWalecka模型のパラメータにあまり依存しないことを明らかにした。
QCD相図の高密度領域は、第一原理計算である格子QCD計算では現在到達できない領域であるので、今回の研究で相転移点の位置を定量的に調べたことは重要である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当初の計画では、ベクトル相互作用の密度依存性を決定することだけが課題であった。しかし、Walecka模型の計算コードを中性子星の物理へ応用できる形で開発できたこと、それをもとに、中性子星内部にクォーク物質が存在する可能性を調べることができるようになった点が、当初の計画以上の進展である。
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| Strategy for Future Research Activity |
上述した研究内容は、u・dクォークのみを考える2フレーバー系での計算であった。しかし、中性子星内部にはハイペロンが出現することが予想されている。そこで、EPNJL模型がsクォーク、Walecka模型がハイペロンの寄与を取り扱えるように拡張する。その際、新たな相互作用の強さが模型に現れるので、実験データや格子QCDデータ、さらには中性子星の観測データをもとに相互作用の強さを精密に決定し、予言性のある模型の構築を目指す。
構築された有効模型をもとに、中性子星の質量と半径の関係式を導出する。2010年に、太陽質量の2倍の質量をもつ中性子星が発見されたが、ハイペロンが中性子星内部にあると観測データを再現できないことが知られている。そこで、中性子星内部においてハイペロンが抑制される機構を明らかにする目的で、構築された有効模型を用いる予定である。
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