現実的核力を用いた超新星物質状態方程式に基づくニュートリノ・核子散乱の研究

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重力崩壊型超新星爆発の数値シミュレーションでは、核物質の状態方程式と並んで、核物質内部におけるニュートリノ反応率が原子核物理に関連する重要なインプットデータのひとつとなる。本研究課題では、近年我々が構築した現実的核力に基づく超新星爆発計算用核物質状態方程式と自己無矛盾なニュートリノ・核子散乱の散乱断面積を求め、実際の超新星爆発シミュレーションへと適用することを目指す。さらに、従来の状態方程式テーブルと同様に、得られた散乱断面積を数値データのテーブルとしてweb上で公開することも予定している。2022年度の研究では、昨年度に定式化した任意のスピン偏極率における絶対零度一様核物質（絶対零度スピン偏極核物質）に対するクラスター変分法を利用して、様々な密度・陽子混在度・スピン偏極率における一様核物質のエネルギーを計算した。そして得られたエネルギーの数値データから、熱力学関係式によって絶対零度一様核物質のスピン磁化率を導出した。当該研究によって得られたスピン磁化率は、超新星爆発現象における典型的な密度・陽子混在度において妥当な振る舞いを示し、量子モンテカルロ計算などの他の量子多体計算で得られた結果とも定量的な一致を示すことが確認された。さらに2022年度は、絶対零度スピン偏極核物質に対するクラスター変分法を有限温度へと拡張し、任意の温度におけるスピン偏極核物質の自由エネルギーを計算することも可能になった。この拡張では、Schmidt-Pandharipandeの手法を踏襲し、スピン上向きと下向きの陽子及び中性子それぞれに対応する４つの平均占有確率を導入して定式化を行った。当該手法によって得られた有限温度スピン偏極核物質の自由エネルギーは、典型的な温度において妥当な振る舞いを示すことも確認できた。