2017 Fiscal Year Annual Research Report
複素ランジュバン法による有限密度QCDの第一原理計算
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16H03988
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| Research Institution | High Energy Accelerator Research Organization |
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Principal Investigator |
西村 淳 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, 准教授 (90273218)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松古 栄夫 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 計算科学センター, 助教 (10373185)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 格子ゲージ理論 / 量子色力学 / 有限密度系 / 符号問題 / 複素ランジュバン法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成29年度は昨年度の計算をL=8, T=16という格子サイズの場合に行い、まず低温領域で予想されるSilver Blaze現象の確認を行なった。具体的には、化学ポテンシャルに依存しない領域が、物理的に予想されるものと一致することを見た。また、より高密度領域においては、クォーク数密度が立ち上がった後、再び一定値となり、その後、急激に増える振る舞いも確認された。これは核物質相からクォーク物質相への転移が見えていることを示唆する。これらの結果により、有限密度QCDに対する新しいアプローチとしての複素ランジュバン法を確立できた。ここでは、staggeredフェルミオンを用いたシミュレーションを行った。このフェルミオンの定式化は連続極限で4フレーバーのクォークに対応するため、現実のQCDの状況とは異なるが、計算コストが低いので、方法論のテストに適している。計算には、スーパーコンピュータ「京」を用いた。
又、同様の方法論を用いて、QCDの相図の研究を有限温度領域に拡張した。上と同様の計算を、L=16,24, T=12という格子サイズの場合に行い、化学ポテンシャルを変えながら、有限温度で起こるクォーク・グルーオン・プラズマ相への転移をが確認しようとしたが、現在のところ転移が確認できなかった。これは、一次相転移に特有なヒステリシスが起きているためと予想され、今後、初期配位として低温相で作った配位を用いることにより、相転移を確認する必要があると思われる。
これらの計算は、これまでのQCDの第一原理計算では決して調べられなかったパラメタ領域でなされたものであり、複素ランジュバン法の有用性を明確に示すとして重要である。今後、より現実的な2フレーバーのウィルソン・フェルミオンで同様の計算を行なうための、基盤が確立したという大きな意義がある。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
有限密度下における量子色力学の性質を第一原理計算により明らかにすることは、符号問題のため極めて困難であることが知られている。我々は最近進展が目覚しい複素ランジュバン法を用いて、この難問に挑戦している。この方法は一定の適用範囲があり、実際に計算が可能かどうかは、一般にパラメタの値によるが、我々の研究により、かなり広いパラメタ領域において正しい計算が可能であることが初めて確認できた。
有限温度領域の計算では、相転移の確認がまだできておらず、ヒステリシスの確認など、引き続き注意深く研究していく必要があるが、プロジェクト全体としてはおおむね順調に進展していると言ってよい。
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| Strategy for Future Research Activity |
まず有限温度領域での計算において、相転移を確認することを引き続き目指す。
また、低温および高温の領域で、格子サイズをさらに大きくした計算を実行し、4フレーバー・スタッガードフェルミオンの場合のQCDの相構造を確立する。
さらに次のステップとして、より現実的な2フレーバーのウィルソン・フェルミオンで同様の計算を行なうことにより、本研究をさらに発展させていく。
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