複合粒子の性質を探る新しい計算手法を開発―符号問題に阻まれた物理現象の解明に向けて―

　陽子や中性子はクォークという素粒子3つで構成された複合粒子ですが、その質量はそれぞれのクォーク質量を足したものと比べて百倍も重いことがわかっています。この大きな差は、クォークの間に働く大きな力によって生じます。これら複合粒子の質量はモンテカルロ法という計算手法で調べられ、加速器実験とよく一致する結果が得られています。この計算法は非常に良くできていますが、中性子星内部のような高密度状態には適用できないという弱点もあります。

　伊藤悦子 基礎物理学研究所准教授、松本祥 同特定研究員、谷崎佑弥 同助教の研究グループは、従来の手法とは異なるハミルトニアン形式という理論の表し方を用いて、複合粒子質量の新しい計算手法を開発しました。また、この手法を用いてシュウィンガー模型の解析を行い、モンテカルロ法が適用できない場合でも精度の良い結果が得られる事を示しました。この手法は量子コンピュータにも適用できます。これが実現すれば、将来、素粒子の理論から中性子星の性質を解き明かすことが可能になると期待されています。

　本研究成果は、2024年9月24日に、国際学術誌「Journal of High Energy Physics」にオンライン掲載されました。