2024年日本物理学会理論核物理領域：若手奨励賞（第25回核理論新人論文賞）受賞者（所属は当時のもの）
受賞者：金久保優花 (ユヴァスキュラ大学)
著者：Yuuka Kanakubo (対象者), Yasuki Tachibana, and Tetsufumi Hirano
発行雑誌：Physical Review C 105, 024905 (2022)
論文題目：Interplay between core and corona components in high-energy nuclear collisionss
著者：Yuuka Kanakubo (対象者), Yasuki Tachibana, and Tetsufumi Hirano
発行雑誌：Physical Review C 106, 054908 (2022)
論文題目：Nonequilibrium components in the region of very low transverse momentum
研究題目：「コア−コロナ描像に基づくクォーク・グルーオンプラズマ流体生成の枠組みの構築数」
英文題目：''Construction of a framework for production of quark-gluon plasma fluid based on core-corona picture''
授賞理由：
相対論的流体模型は高エネルギー原子核衝突の実験データの説明に大きな成功を収め、今や現象論的模型の重要な柱となっている。この模型では衝突後に生じた高温・高密度状態に対して熱平衡が仮定されている。一方で最近、陽子―陽子衝突、陽子―鉛衝突と言った「小さい系」でも流体的な振る舞いが観測されており、従来の原子核衝突実験における「大きい系」も含めた統一的な理解が求められていた。
対象論文において金久保氏は、コア−コロナ描像に基づくクォーク・グルーオン プラズマ（QGP）流体の生成の枠組みを構築した。ここで、コアは従来の流体模型で記述されている平衡成分であり、ここに非平衡成分であるコロナが新たに取り入れられている。２成分を含むことで、さまざまなサイズの衝突系、低横運動量領域から高横運動量領域といった広い横運動量領域を統一的に記述することを可能にし、従来の流体模型を中心とした現象論的模型の適用範囲を広げることに成功した。さらにこの模型を用いて「小さい系」から「大きい系」まで各荷電粒子の生成量、そしてその生成量におけるコアとコロナのそれぞれの寄与を明らかにした。さらに「大きい系」である鉛−鉛実験から平衡成分と非平衡成分起源の生成粒子の寄与を定量的に同定し、従来は平衡成分が主要であると思われていた「大きい系」の横運動領域において非平衡成分の寄与の存在を指摘した。
「小さい系」から「大きい系」まで統一的に記述できる模型を構築し、実験データとの比較から平衡成分、非平衡成分を定量的に示したことは、高エネルギー衝突実験の現象論的解析に新たな礎を築いたと言え、この描像は今後ますます重要になることが期待される。以上により本論文は日本物理学会若手奨励賞に相応しい研究であると判断する。
受賞者：田屋英俊 (理化学研究所 数理創造プログラム)
著者：Hidetoshi Taya (対象者)
発行雑誌：Physical Review D 99, 056006 (2019)
論文題目：Franz-Keldysh effect in strong-field QED
著者：Xu-Guang Huang and Hidetoshi Taya (対象者)
発行雑誌：Physical Review D 100, 016013 (2019)
論文題目：Spin-dependent dynamically assisted Schwinger mechanism
著者：Hidetoshi Taya (対象者)
発行雑誌：Physical Review Research 2, 023257 (2020)
論文題目：Dynamically assisted Schwinger mechanism and chirality production in parallel electromagnetic field
研究題目：「電場中の摂動的および非摂動的粒子生成過程における協調現象に関する基礎研究」
英文題目：''Fundamental research on cooperative phenomena in perturbative and nonperturbative particle production processes under electric fields''
授賞理由：
真空に電場を印加するとき場の振動数が十分に大きければ摂動的に粒子対生成が起きる一方、時間変動が緩やかな場合でも電場の強さが質量の閾値を超えればSchwinger機構と呼ばれる非摂動的過程によって粒子生成が可能となることが半世紀以上前から知られている。速い電場と遅い電場が混在するとき非自明な協調現象が起きる具体例は先行研究により示唆されていたが、計算上の技術的困難が系統的な解析を阻んできた。
田屋氏は非摂動的効果を取り込んだ基底で摂動論を展開する理論的枠組を整備し、摂動的および非摂動的な粒子生成過程を記述する一般論を与えた。特に、従来の研究で議論されることの多かった電場の強さの閾値への摂動場の影響に加えて、一様な強電場中での生成粒子分布における摂動電場の振動的依存性を詳細に計算し、光物性におけるFranz-Keldysh効果と類似する振る舞いを発見した。また、強い電場と直交する成分を持つ摂動電場を印加したとき、通常のSchwinger機構とは異なり、生成粒子分布がスピン依存性を持つことを指摘した。さらに電場と磁場の共存する系にも手法を適用し、粒子数だけでなくカイラリティの生成における摂動電場の振動数依存性を明らかにした。
以上の結果はレーザー実験等への直接的な応用はもとより、相対論的重イオン衝突実験における粒子生成や熱化過程を理解する手掛かりを与えるものである。近年、スピン偏極測定やカイラル磁気効果検出を目指した重イオン衝突実験データの蓄積も進んでいることから、田屋氏の研究成果は今後さらに重要性を増すものと考えられ、日本物理学会若手奨励賞に相応しいと判断する。
受賞者：横田猛 (理化学研究所 数理創造プログラム)
著者：Takeru Yokota (対象者) and Tomoya Naito
発行雑誌：Physical Review Research 3, L012015 (2021)
論文題目：Ab initio construction of the energy density functional for electron systems with the functional-renormalization-group-aided density functional theory
研究題目：「汎関数くりこみ群法を用いたエネルギー密度汎関数の構築」
英文題目：''Construction of energy density functional with functional-renormalization-group method''
授賞理由：
密度汎関数理論(DFT)は多フェルミオン系を記述する基本理論の１つであり、原子核物理においても様々な原子核を統一的に記述することのできる普遍性を備えた理論になっている。しかしながら、現実の系に対して密度汎関数を求める際には、限られた密度領域における解析的表現や厳密計算、実験データなどを参考にして現象論的に決定することが一般的であり、元のハミルトニアンとの関係は必ずしも自明でない。そのため、系のハミルトニアンから直接的に密度汎関数を決定する方法の確立が望まれている。
これまでに横田氏は、汎関数くりこみ群(FRG)を用いた理論研究に取り組み、FRG-DFTフロー方程式を導出、密度汎関数を微視的ハミルトニアンから直接構築する手法を提案してきた(Yokota, Yoshida, and Kunihiro, Phys. Rev. C 99, 024302 (2019)を始めとする一連の論文)。本論文は、この手法を現実的な３次元系（３次元電子系）へ初めて応用したものである。自由電子系にクーロン相互作用を印加するフロー方程式を解くことで、フィッティングパラメータ等を一切用いることなく局所密度近似（LDA）の範囲で密度汎関数を導出することに成功した。その精度も、現象論的に決定されたLDA密度汎関数と遜色なく、現実の系に対してFRG-DFTの有効性を示したことには大きな意味がある。スピンや密度勾配を取り入れた拡張を今後達成できれば、将来的に、原子核・核物質に対する応用も期待でき、日本物理学会若手奨励賞に相応しい研究であると判断する。
受賞者の方には、2024年3月の学会において若手奨励賞受賞記念講演を行なっていただく予定です。
(核理論委員長 日高 義将、担当幹事 宇都野 穣)
核理論委員会(2023年10月23日)