第一原理計算に基づいた有効模型によるQCD相図・QCD状態方程式の定量的決定

有限温度・有限密度におけるQCDの性質を解明することは, ハドロン物理学の中心的課題である。特にQCDの相構造(QCD相図)と状態方程式は, 宇宙進化の過程や高密度天体の性質を解明するために不可欠な要素である。しかし, QCDの第一原理計算である格子QCD計算は有限密度領城で実行困難であるため, 有限密度における相構造のほとんどは不確定である。有限密度領域を解明するための手段として, 有効模型を用いる。このとき有効模型の信頼性が問題となるが, 我々は純虚数化学ポテンシャル領域における格子QCD計算の結果を用いることで信頼性の高い有効模型を構築する。先行研究として我々は, 代表的な有効模型であるPplyakov-loop extended Nambu-Jona-Lasinio模型(PNJL模型)を拡張し, 格子計算結果を再現する模型を2フレーバー系で構築した。QCD相図でもっとも不確定な領域である, 高密度領域の解明を目指した。高密度領域ではバリオンの寄与が本質的であり, 有効模型におけるバリオンの取り扱いには不定性が大きい。この不定性をなくすために我々は, 核物質の解析および中性子星の質量観測に着目した。標準核密度付近の核物質の性質は, カイラル有効場理論に基づいた核力を用いてBrueckner-Hartree-Fock計算を行うことにより, 高い信頼性での解析が可能である。さらに高い密度領域の状態方程式は重イオン衝突実験の解析から見積もられている。我々はこれらのデータを再現するように核子間の有効斥力を導入し, ハドロン相を記述する模型とした。さらに, この模型を用いて中性子星の構造を計算し, 現在の中性子星質量観測の結果と無矛盾であることを確認した。このように構築したハドロン模型とEPNJL模型を組み合わせることによりQCD相図全体の解析が可能である。このように得られた相図は, 有限温度の格子QCD計算および核物質・中性子星のデータと無矛盾なものである。この内容はExtreme QCD会議および日本物理学会秋季大会で発表され, 出版に向けて論文として纏められている。

有限温度・有限密度におけるQCDの性質を解明することは, ハドロン物理学の中心的課題である。特にQCDの相構造(QCD相図)と状態方程式は, 宇宙進化の過程や高密度天体の性質を解明するために不可欠な要素である。しかし, QCDの第一原理計算である格子QCD計算は有限密度領城で実行困難であるため, 有限密度における相構造のほとんどは不確定である。有限密度領域を解明するための手段として, 有効模型を用いる。このとき有効模型の信頼性が問題となるが, 我々は純虚数化学ポテンシャル領域における格子QCD計算の結果を用いることで信頼性の高い有効模型を構築する。先行研究として我々は, 代表的な有効模型であるPplyakov-loop extended Nambu-Jona-Lasinio模型(PNJL模型)を拡張し, 格子計算結果を再現する模型を2フレーバー系で構築した。QCD相図でもっとも不確定な領域である, 高密度領域の解明を目指した。高密度領域ではバリオンの寄与が本質的であり, 有効模型におけるバリオンの取り扱いには不定性が大きい。この不定性をなくすために我々は, 核物質の解析および中性子星の質量観測に着目した。標準核密度付近の核物質の性質は, カイラル有効場理論に基づいた核力を用いてBrueckner-Hartree-Fock計算を行うことにより, 高い信頼性での解析が可能である。さらに高い密度領域の状態方程式は重イオン衝突実験の解析から見積もられている。我々はこれらのデータを再現するように核子間の有効斥力を導入し, ハドロン相を記述する模型とした。さらに, この模型を用いて中性子星の構造を計算し, 現在の中性子星質量観測の結果と無矛盾であることを確認した。このように構築したハドロン模型とEPNJL模型を組み合わせることによりQCD相図全体の解析が可能である。このように得られた相図は, 有限温度の格子QCD計算および核物質・中性子星のデータと無矛盾なものである。この内容はExtreme QCD会議および日本物理学会秋季大会で発表され, 出版に向けて論文として纏められている。