[論文レビュー] Lambda-Nucleon and Sigma-Nucleon interactions from lattice QCD with physical masses

Hidekatsu Nemura, Sinya Aoki+10 more|arXiv (Cornell University)|Feb 2, 2017

Pulsars and Gravitational Waves Research参考文献 6被引用数 4

ひとこと要約

本研究は、ほぼ物理的クォーク質量および大スケール（8.1 fm）⁴で、HAL QCD法を用いて、最初の格子QCD計算によりΛ核子（ΛN）およびシグマ核子（ΣN）相互作用を評価した。両相互作用において中心的反発核が顕在され、ΛNとΣNチャンネル間で顕著な非対角的結合が観測され、弱いが非ゼロのテンソル力が存在し、実験的観測と整合する反発的性質を示唆している。

ABSTRACT

We present our recent study on baryon-baryon ($BB$) interactions from lattice QCD with almost physical quark masses corresponding to $(m_π,m_K)\approx(146,525)$ MeV and large volume $(La)^4=(96a)^4\approx$ (8.1 fm)$^4$. In order to perform a comprehensive study of $BB$ interactions based on lattice QCD calculation with almost physical masses and to make better use of such large scale computer resources, a large number of $BB$ interactions from $NN$ to $ΞΞ$ are calculated simultaneously. In this report, we focus on the strangeness $S=-1$ channels of the hyperon interactions by means of HAL QCD method. The coupled-channel HAL QCD method is briefly outlined. The snapshots of central and tensor potentials in $^1S_0$ and $^3S_1-^3D_1$ channels are presented for $ΛN$, $ΣN$ (both the isospin $I=1/2, 3/2$) and their coupled-channel systems.

研究の動機と目的

• ほぼ物理的クォーク質量（mπ ≈ 146 MeV, mK ≈ 525 MeV）における格子QCDからΛNおよびΣN相互作用を決定すること。
• 超核結合におけるΛN–ΣNカップルドチャンネルダイナミクスの役割を調査すること。
• ストレンジネスS = -1チャンネルにおけるバリオン-バリオンポテンシャルの中心およびテンソル成分を検討すること。
• 実験的に観測されたΣN相互作用の反発的性質を、格子QCDが的確に再現できるかを評価すること。
• 中性子星物理学における超核物質状態方程式の定量的入力としての有効性を提供すること。

提案手法

• 格子QCDで計算されたNambu-Bethe-Salpeter（NBS）波動関数から、HAL QCD法を用いて非局所ポテンシャルを抽出すること。
• 格子間隔a ≈ 0.085 fm、体積(96a)⁴ ≈ (8.1 fm)⁴の2+1フレーバー完全QCDゲージ配置を用いること。
• 複数のソース-シンク距離におけるNBS波動関数を抽出するために、四点相関関数を計算すること。
• 逆散乱法を適用し、NBS波動関数から中心およびテンソル成分を含むポテンシャルを導出すること。
• S波およびP波チャンネル（¹S₀, ³S₁–³D₁）におけるΛN–ΣN系のカップルドチャンネル解析を実施すること。
• 導出されたポテンシャルを用いて位相シフトおよび結合エネルギーを計算し、特に短距離および中間距離での相互作用構造に注目すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ほぼ物理的クォーク質量におけるΛN相互作用の性質は何か、特に³S₁–³D₁および¹S₀チャンネルにおいて。
• RQ2 ΛNとΣNチャンネル間の結合はどの程度強く、超核結合においてどのような役割を果たすか。
• RQ3 ΛNおよびΣN系におけるテンソル力の強さと符号は何か、およびNNテンソル力と比較してどうなるか。
• RQ4 ΣN相互作用には反発的核が存在するか、実験的観測（⁴ΣHeのみが観測されている）と整合するか。
• RQ5 物理的質量および大スケールを用いた格子QCDは、ΣN相互作用の反発的性質を信頼性高く再現できるか。

主な発見

• ΛNおよびΣNの対角的中心ポテンシャルは短距離で反発的核を示し、特に¹S₀（I=1/2）および³S₁–³D₁（I=3/2）チャンネルで強い反発が見られる。
• ΛNとΣN間の非対角的（カップルドチャンネル）ポテンシャルは短距離で顕著であり、S波およびP波チャンネルにおける強いチャンネル混合を示唆している。
• ³S₁–³D₁チャンネルにおけるテンソルポテンシャルは、ΛNおよびΣN（I=1/2）で弱いが非ゼロであり、NNテンソル力と同等またはそれ未満の強さである。
• ΣN（I=3/2）系の³S₁–³D₁チャンネルでは、中心ポテンシャルが反発的核と整合しており、クォーク模型予測を支持している。
• ¹S₀ ΣN（I=1/2）チャンネルは、SU(3)フレーバー対称性における27-pletに割り当てられるNN（¹S₀）ポテンシャルと類似した構造を示しており、整合的である。
• 結果から、ΣN相互作用は全体的に反発的であると示唆され、実験的観測（⁴ΣHeのみが観測されている）と整合的である。