第一原理計算および中性子星観測結果と無矛盾なクォーク－ハドロン相転移模型の確立

建立符合第一性原理计算和中子星观测结果的夸克-强子相变模型

基本信息

批准号：
14J04238
负责人：
佐々木崇宏
金额：
$ 2.58万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2014
资助国家：
日本
起止时间：
2014-04-25 至 2017-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14J04238/
关键词：
QCD相構造有限温度・有限密度系状態方程式

项目摘要

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計算は有限密度領域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。高密度かつゼロ温度における状態方程式は, QCDの数値シミュレーションが困難であるため特に理解が遅れている分野である。定性的には核物質に代表されるバリオン的な状態からクォーク・グルーオン・プラズマのようなクォーク的状態へ相転移すると考えられているが, その転移密度や状態方程式の様子は未だ不確定である。多くの実験データが得られている核物質はバリオン的描像との相性が良いため, 核物質の密度から初めてバリオン的描像により高密度状態を予言する方法は多く行われてきた。しかしこの方法では閉じ込め相転移を記述することができないため高密度状態での有用性は不明瞭である。一方で高密度層におけるクォーク描像に立脚した方法では実験データのインプットが乏しいため定性的な予言に留まり, 天体観測データの解析で必要となる定量的な議論を行うことが困難である。我々は, 遷移領域ではバリオン的描像とクォーク的描像の両方で系を記述できるはずであるという考えに基づき, クォーク描像を用いて核物質を記述することを試みた。この方法により得られるクォーク描像による有効模型は, バリオン的描像が破綻する高密度領域においても有効であり, 高密度領域の状態方程式に対して有用な予言を与えると期待される。解析の結果, 核物質の性質を再現する模型は得られたものの, 相互作用部分に含まれる不定性を制限するまでには至らなかった。

阐明有限温度和有限密度下 QCD 的特性是强子物理学的一个核心挑战。特别是QCD相结构（QCD相图）和状态方程是阐明宇宙演化过程和致密天体性质的基本要素。然而，由于作为QCD第一性原理计算的晶格QCD计算很难在有限密度区域内进行，因此有限密度下的相结构大多是不确定的。由于 QCD 数值模拟的困难，高密度和零温度下的状态方程是一个特别难以理解的领域。定性地认为存在从以核物质为代表的重子态到夸克-胶子等离子体等类夸克态的相变，但这种相变的密度和状态方程的状态仍不确定。。核物质已经获得了大量的实验数据，与重子图相兼容，因此人们使用了许多方法来根据核材料的密度来预测基于重子图的高密度态。然而，由于该方法无法描述受限相变，因此其在高密度条件下的有用性尚不清楚。另一方面，基于致密层夸克描述的方法由于缺乏实验数据输入，只能提供定性预测，难以进行天文观测数据分析所需的定量讨论。基于过渡区系统应该能够用类重子和类夸克图像来描述的想法，我们尝试用夸克图像来描述核物质。该方法获得的基于夸克图的有效模型即使在重子图破裂的高密度区域也是有效的，有望为高密度区域的状态方程提供有用的预测。分析的结果是，获得了再现核材料特性的模型，但不可能限制相互作用部分中包含的不确定性。