Challenge to the neutron star hyperon problem based on the lattice QCD numerical calculation

本研究課題は、中性子星のハイペロン問題に、基礎理論であるQCDの数値計算に基づいて挑戦するものである。すなわち、中性子星の核にハイペロンは存在するのか否か、もし存在するのであれば太陽質量の2倍を越える中性子星はどの様に支えられているのか、もし存在しないのであれば自然な予想に反して超高密度物質にハイペロンが混ざらないのは何故なのか、を明らかにしようとしている。ここで、ハイペロンとはストレンジネスを持ったバリオンであり、Λ,Σ,Ξなどがある。この問題を解く鍵はハイペロンと核子の相互作用である。ハイペロンの相互作用は、実験的な情報が乏しいので、本課題では大規模な格子QCDの数値計算を実施してQCDから導出した。この部分は共同研究グループの下で行った。得られた相互作用と量子多体理論を組み合わせると、核物質中のハイペロンの化学ポテンシャルが求まるので、それを使って中性子星ハイペロン問題に挑んでいる。格子QCD数値計算によるバリオン間相互作用の導出には、共同研究グループが開発した HALQCD 法を用いている。2021年、ドイツの研究グループから、HALQCD 法で引き出した相互作用は用いた格子の間隔に強く依存する、と指摘する論文が出版された。この指摘を受け、格子間隔を変えて相互作用を導出して比較する、と言う研究を開始した。この研究には、クォーク質量が同じで格子間隔だけが異なるゲージ配位のセットが、２つないし３つ必要である。本年度は、昨年度から行っていたゲージ配位の生成を完了させ、出来た配位を用いて相互作用の引き出しを行った。これらの大規模計算には理研 R-CCS の「富岳」を用いた。その結果、まだ現時点での暫定的な結論ではあるが、指摘の通りに強い依存性がある事が判明した。その途中経過と結果を、日本物理学会の2022年秋季大会と2023年春季大会で発表した。

本研究課題は、中性子星のハイペロン問題に、基礎理論であるQCDの数値計算に基づいて挑戦するものである。すなわち、中性子星の核にハイペロンは存在するのか否か、もし存在するのであれば太陽質量の2倍を越える中性子星はどの様に支えられているのか、もし存在しないのであれば自然な予想に反して超高密度物質にハイペロンが混ざらないのは何故なのか、を明らかにしようとしている。ここで、ハイペロンとはストレンジネスを持ったバリオンであり、Λ,Σ,Ξなどがある。この問題を解く鍵はハイペロンと核子の相互作用である。ハイペロンの相互作用は、実験的な情報が乏しいので、本課題では大規模な格子QCDの数値計算を実施してQCDから導出した。この部分は共同研究グループの下で行った。得られた相互作用と量子多体理論を組み合わせると、核物質中のハイペロンの化学ポテンシャルが求まるので、それを使って中性子星ハイペロン問題に挑んでいる。格子QCD数値計算によるバリオン間相互作用の導出には、共同研究グループが開発した HALQCD 法を用いている。2021年、ドイツの研究グループから、HALQCD 法で引き出した相互作用は用いた格子の間隔に強く依存する、と指摘する論文が出版された。この指摘を受け、格子間隔を変えて相互作用を導出して比較する、と言う研究を開始した。この研究には、クォーク質量が同じで格子間隔だけが異なるゲージ配位のセットが、２つないし３つ必要である。本年度は、昨年度から行っていたゲージ配位の生成を完了させ、出来た配位を用いて相互作用の引き出しを行った。これらの大規模計算には理研 R-CCS の「富岳」を用いた。その結果、まだ現時点での暫定的な結論ではあるが、指摘の通りに強い依存性がある事が判明した。その途中経過と結果を、日本物理学会の2022年秋季大会と2023年春季大会で発表した。