格子ゲージ理論シミュレーション

標準理論の検証とそれを超えた物理の探索を行うための
格子(lattice)ゲージ理論シミュレーションを行っています。

目的・ビジョン

ハドロンの性質や粒子衝突におけるハドロン散乱振幅を定量的に調べます。

概要

素粒子であるクォークの間に働き、原子核を形作る核力の源である強い相互作用は、量子色力学(Quantum Chromodynamics, QCD)というゲージ理論によって記述されます。QCDはその結合の強さが距離とともに増大するという特徴を持つため、結合定数によって展開する摂動論的手法は、高エネルギー、即ち近距離では有効ですが、低エネルギー領域では破綻し、解析的な計算は困難です。

このため、クォークを構成要素に持つハドロンの性質や粒子衝突におけるハドロン散乱振幅などを定量的に調べるには、なんらかの非摂動的手法が必要とされます。格子QCDは場の理論としてのQCDを4次元立方格子上で定式化したもので、経路積分を数値的に実行することにより、第一原理であるQCDに基づいた計算を摂動展開によらずに実現できます。

以下の項目の研究を進めています。

(1) 格子上の厳密なカイラル対称性を持つ理論による大規模シミュレーション
(2) 標準理論を超えた物理の探索のためのゲージ理論の構造の解析
(3) 計算科学のためのアルゴリズムとシミュレーション手法の研究

補足説明

近年の理論的進展、計算機の発達、アルゴリズムの改良などによって、格子QCDシミュレーションの精度や信頼性は大きく向上し、素粒子・原子核の物理現象を理解する上で重要な役割を果たしています。 動的なクォークの自由度として 2+1 (u,d,s クォークに対応)を含む計算も多くのグループによって行われ、フレイバー物理に現れるハドロン行列要素への応用も盛んです。これらのシミュレーションによって生成されたゲージ配位のデータを共有するための枠組みも国際的に議論され、ILDG (International Lattice Data Grid)として2006 年より正式運用が始まりました。

また格子ゲージ理論は、標準理論を構成するQCDのみならず、他の場の理論の解析にも適用できます。標準理論を超えた物理としLHC実験でも注目されている、超対称性理論やテクニカラー理論に対しても、非摂動的な解析を行うことができる手法として注目されています。