2020 Fiscal Year Research-status Report
Nonperturbative Properties in Quantum Chromodynamics and Quarks, Gluons, Hadrons in Extreme Conditions
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19K03869
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
菅沼 秀夫 京都大学, 理学研究科, 准教授 (10291452)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 量子色力学(QCD) / クォーク / グルーオン / 格子ゲージ理論 / 閉じ込め / カイラル対称性 / ホログラフィックQCD / モノポール |
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| Outline of Annual Research Achievements |
強い相互作用の基礎理論である量子色力学(QCD)に基づき、クォークの閉じ込めやカイラル対称性の自発的破れなどの非摂動的物理量に関する研究を行った。本研究課題では、「格子QCD」と「ホログラフィックQCD」という、2つの全く異なる非摂動的解析方法を用いた。前者については、南部らが提唱した「双対超伝導描像」に基づく真空とハドロンの研究を行った。これは、非摂動的QCD真空を「超伝導と双対な系」と捉え、カラー・モノポール凝縮によるカラー電束の１次元化により、閉じ込め現象を説明する物理的描像である。後者については、バリオンとその励起状態を研究した。以下に、研究成果を列挙する。
１．SU(3)QCDに対する格子ゲージ理論を用いて、カイラル対称性の自発的破れに対する最大可換ゲージでの「アーベリアン・ドミナンス」と「モノポール・ドミナンス」の双方を、Banks-Casherの方法とクォーク伝播関数のトレースという2つの異なる方法により、それぞれ示した。
２．格子QCDを用いて、カイラル対称性の破れのオーダー・パラメータであるカイラル凝縮と最大可換ゲージに現れるモノポールとの強い局所的相関を明らかにした。
３．格子QCDにより、ハドロンの「第１グルーオン励起エネルギー」に関するアーベリアン・ドミナンスを世界で初めて示した。ここで、グルーオン励起は、ハイブリッドと呼ばれるエキゾチック・ハドロンとも関連する興味深い物理量であるが、これに対して、最大可換ゲージでのSU(3)QCDを用いて、可換ゲージ自由度の本質的役割を示した。
４．超弦理論のDブレーンに基礎を置くQCDの有効理論である「ホログラフィックQCD」を用いて、バリオンの新しいタイプのトポロジカルな励起モードを理論的に予測し、与えられた量子数の基底状態バリオンに対して、universalに、450MeV程度の励起状態が現れると理論的に予言した。
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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
本研究課題は、極微の基本的階層であるクォーク・グルーオンから強い相互作用やハドロンの諸性質を理解することを目的とし、量子色力学の非摂動的性質に関連する様々な研究テーマを同時に複数進めている。それら各々のテーマについて、強い相互作用の基礎理論である量子色力学に基づいた解析的な定式化も、大型計算機による大規模数値計算も当初の計画通り進んでおり、着実に研究成果を得ている。実際、格子QCDに基づく２つの大規模計算の研究、および、ホログラフィックQCDの解析的な研究成果を遂行し、３編の原著査読論文（いずれも英文で、欧米の査読誌に掲載）として発表した。このように、研究はおおむね順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
基本的には今後も従来の方向で研究を進めていく。つまり、強い相互作用の基礎理論である量子色力学(QCD)に基づいて、クォーク・グルーオンのレベルから強い相互作用の基本的性質やハドロンの諸性質を研究していく。研究方法としては、これまで通り、解析的な理論計算に基づく定式化と、強い相互作用の第一原理計算である格子QCD理論計算による定量的分析の２系統の研究を包括的に行っていき、QCDに基づいた非摂動物理やハドロン物理を総合的に理解していく。なお、格子QCD理論のモンテカルロ計算に関しては、引き続き京都大学および大阪大学のスーパー・コンピュータなどを用いて、大規模数値計算を実行していく。
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| Causes of Carryover |
新型コロナの世界的流行により、参加を予定していた海外での国際会議が中止となり、その旅費と滞在費分の約30万円を次年度使用とせざるを得なくなった。
具体的には、研究代表者が International Advisory Committee を務め、本研究課題に関する最新の研究成果を発表する予定であった国際会議 International Conference on ``Quark Confinement and the Hadron Spectrum XIV（Confinement 2020、開催地ノルウェー）が中止となってしまい、ノルウェーまでの旅費と1週間程度の滞在費、合計で約30万円が未使用となった。
今後の使用計画としては、2021年度以降に延期となった幾つかの国際会議に参加し、関連する研究成果を発表すると同時に、オンラインでの共同研究に対応するべく、必要なコンピュータ周辺機器を購入する予定である。
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| Remarks |
researchmapと個人のwebページに、発表論文、及び、国際会議や日本物理学会での招待講演などの研究成果を記載している。
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