あらゆる原子の性質を予測できる新発見(New Discovery Allows Physicists to Predict Properties of Any Atom)

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2024-05-16 韓国基礎科学研究院(IBS)

国際的な物理学者の協力により、量子多体系の特性を精密に計算・予測する新しい方法論が開発されました。IRISとIBSの研究者を含む「核ラティス有効場理論」国際研究チームは、「波動関数マッチング」法を開発し、様々な原子核の結合エネルギー、質量、電荷半径を精密に計算することが可能になりました。この方法は、中質量の原子核の計算を近似やパラメータ調整なしで行うことを目指し、量子多体系のモンテカルロ法を利用します。この手法により、実験観測と一致する理論予測が可能となり、重イオン加速器を用いた希少同位体の研究に貢献することが期待されています。この研究は、Nature誌に掲載されました。

<関連情報>

量子多体問題を解く波動関数マッチング Wavefunction matching for solving quantum many-body problems

Serdar Elhatisari,Lukas Bovermann,Yuan-Zhuo Ma,Evgeny Epelbaum,Dillon Frame,Fabian Hildenbrand,Myungkuk Kim,Youngman Kim,Hermann Krebs,Timo A. Lähde,Dean Lee,Ning Li,Bing-Nan Lu,Ulf-G. Meißner,Gautam Rupak,Shihang Shen,Young-Ho Song & Gianluca Stellin
Nature  Published:15 May 2024
DOI:https://doi.org/10.1038/s41586-024-07422-z

あらゆる原子の性質を予測できる新発見(New Discovery Allows Physicists to Predict Properties of Any Atom)

Abstract

Ab initio calculations have an essential role in our fundamental understanding of quantum many-body systems across many subfields, from strongly correlated fermions1,2,3 to quantum chemistry4,5,6 and from atomic and molecular systems7,8,9 to nuclear physics10,11,12,13,14. One of the primary challenges is to perform accurate calculations for systems where the interactions may be complicated and difficult for the chosen computational method to handle. Here we address the problem by introducing an approach called wavefunction matching. Wavefunction matching transforms the interaction between particles so that the wavefunctions up to some finite range match that of an easily computable interaction. This allows for calculations of systems that would otherwise be impossible owing to problems such as Monte Carlo sign cancellations. We apply the method to lattice Monte Carlo simulations15,16 of light nuclei, medium-mass nuclei, neutron matter and nuclear matter. We use high-fidelity chiral effective field theory interactions17,18 and find good agreement with empirical data. These results are accompanied by insights on the nuclear interactions that may help to resolve long-standing challenges in accurately reproducing nuclear binding energies, charge radii and nuclear-matter saturation in ab initio calculations19,20.

1701物理及び化学
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