アルゴンヌのスーパーコンピューターで物質を結び付ける亜原子粒子を解明 (Researchers Use Argonne Supercomputer to Illuminate the Subatomic Particle That Helps Hold Matter Together)

2026-06-11 アルゴンヌ国立研究所(ANL)

米国エネルギー省アルゴンヌ国立研究所の研究チームは、スーパーコンピューター「Polaris」を用いて、物質を結び付ける重要な素粒子であるパイ中間子(パイオン)の内部構造をこれまでで最も詳細に可視化することに成功した。パイオンは陽子や中性子を原子核内で結び付ける強い核力を媒介する粒子であり、物質の成り立ちを理解するうえで重要な存在である。しかし、実験データが限られているため、その内部構造には未解明な点が多かった。研究チームは格子量子色力学(Lattice QCD)と大規模並列計算を組み合わせ、数百万格子点からなる時空シミュレーションを実施した。その結果、パイオン内部でクォークがどのように分布し運動しているかを示す高解像度の三次元画像を作成し、クォークとグルーオンがどのように閉じ込められて可視物質を形成するのかについて新たな知見を得た。研究成果は、強い核力の理解を深めるとともに、今後建設される電子イオン衝突型加速器(EIC)での実験研究の基盤となる。さらに研究チームは、次世代スーパーコンピューター「Aurora」を活用して陽子の三次元構造解明にも取り組む計画であり、物質起源の理解に向けた研究の進展が期待される。

アルゴンヌのスーパーコンピューターで物質を結び付ける亜原子粒子を解明 (Researchers Use Argonne Supercomputer to Illuminate the Subatomic Particle That Helps Hold Matter Together)
Graphic showing the transverse motion of a quark (green sphere) inside a proton whose spin is aligned to its direction of motion (large yellow arrow). (Image by Valerie Lentz/Brookhaven National Laboratory.)

<関連情報>

格子QCDを用いたパイオンの三次元イメージング:一般化されたパートン分布 Three-dimensional imaging of pion using lattice QCD: generalized parton distributions

Heng-Tong Ding,Xiang Gao,Swagato Mukherjee,Peter Petreczky,Qi Shi,Sergey Syritsyn & Yong Zhao
Journal of High Energy Physics  Published:11 February 2025
DOI:https://doi.org/10.1007/JHEP02(2025)056  preprint version

Abstract

In this work, we report a lattice calculation of x-dependent valence pion generalized parton distributions (GPDs) at zero skewness with multiple values of the momentum transfer −t. The calculations are based on an Nf = 2 + 1 gauge ensemble of highly improved staggered quarks with Wilson-Clover valence fermion. The lattice spacing is 0.04 fm, and the pion valence mass is tuned to be 300 MeV. We determine the Lorentz-invariant amplitudes of the quasi-GPD matrix elements for both symmetric and asymmetric momenta transfers with similar values and show the equivalence of both frames. Then, focusing on the asymmetric frame, we utilize a hybrid scheme to renormalize the quasi-GPD matrix elements obtained from the lattice calculations. After the Fourier transforms, the quasi-GPDs are then matched to the light-cone GPDs within the framework of large momentum effective theory with improved matching, including the next-to-next-to-leading order perturbative corrections, and leading renormalon and renormalization group resummations. We also present the 3-dimensional image of the pion in impact-parameter space through the Fourier transform of the momentum transfer −t.

1701物理及び化学
ad
ad
Follow
ad
タイトルとURLをコピーしました