素・核理論

原子核理論

教員

准教授/佐々木 勝一 HP
助教/丸山 政弘 助教/小野 章 助教/谷村 雄介 助教/遠藤 晋平

原子核理論研究室では、自然界で知られている4つの基本相互作用の一つである「強い相互作用」に関係した非常に広範囲の理論的研究を行っています。図の右から左に向かって長さのスケールで見たときの分子から素粒子までの階層構造を表しています。強い相互作用は、約10-14 m以下のミクロな世界でのみ働く力で、大きく二つの階層に分類できます。一つは多数の核子(陽子や中性子)から成る量子多体系としての原子核、もう一つは、多数のクォーク・グルーオンから成る量子多体系としてのハドロン(核子やπ中間子およびその励起状態)です。どちらも強い相互作用に支配される世界です。また、最近では、「強く相関する量子系」をキーワードに、スケールの異なる階層の量子系(例えば原子物理)に共通に現れる普遍性についても研究の範囲が広がっています。

原子核の微視的理論
原子核は有限個の核子が核力という強い相互作用により自己束縛している状態で、陽子と中性子それぞれの個数やその励起エネルギーの与え方の違いによって、多様な原子核の性質が発現します。原子核に現れる運動には、核子の軌道運動による独立粒子的な面と、振動や回転といった多数の核子の寄与による集団的な面があり、さらにはそれらが複合した状態や少数の核子で組を作るクラスター相関の発現などもあります。これらの多様な現象を、核子という微視的な自由度から統一的に理解することを目指し、主に微視的なアプローチを用いて研究を進めています。

ハドロンと格子QCD
強い相互作用の基礎理論はハドロンの構成要素であるクォークと
グルーオンを自由度として記述される量子色力学 (QCD)として知られていて、このQCD
を非摂動的に計算する方法として考案されたものが、格子QCDと呼ばれる手法です。ハドロン物理学は、研究対象となるハドロンが「強い相互作用をする物質」ということで原子核物理学の一分野として位置づけられていますが、理論的手法は素粒子論の基礎となる場の量子論およびゲージ理論に基づいており、素粒子・原子核にまたがる横断的な研究領域です。

量子系における普遍性
多粒子系が示す相転移・臨界現象では、気液相転移と強磁性転移の例をはじめ、全く異なる系が統一的に理解できる普遍性(ユニバーサリティ)という重要な概念があります。少数粒子系においても、原子、原子核、固体電子系などが全く同じ量子少数系の現象(例えばエフィモフ状態と呼ばれる3粒子現象)を示すことがあり、このようなユニバーサリティに着目した研究を進めています。

図. 長さのスケールで見る階層性と強い相互作用の世界
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