2014年1月20日（月）～22日（水）に高エネルギー加速器研究機構で「Lattice QCD at finite temperature and density」と題する研究会が開催されました。この研究会の目的は有限温度密度QCD※1に関する講演を通してQCD相図（図1）研究の現状、および今後の発展に向けた課題を議論することです。52人の参加者は国内外の研究者による17の招待講演を元に活発な議論を繰り広げました。
図1 予想されるQCD相図。クォークとグルーオンは温度と密度に応じて異なる状態をつくる。低温低密度（左下）ではクォークは陽子や中性子などのハドロン内に閉じ込められているが、高温や高密度ではクォーク・グルーオン・プラズマ状態へ相転移すると考えられている。
宇宙初期に存在したとされるクォーク・グルーオン・プラズマ※2は、現在でも中性子星内部に存在すると考えられています。この高密度物質の理解には、有限温度密度下でのQCDの性質の解明が必要です。研究会のタイトルになっているLattice QCD（格子QCD）は、コンピュータを用いてQCDを計算する方法です。QCDは解析が難しい理論として知られていますが、格子QCDの発展によって、クォーク・グルーオン・プラズマ相への相転移の温度や相転移次数、クォーク・グルーオン・プラズマの状態方程式の計算などが可能になりました。有限密度の格子QCDシミュレーションには符号問題と呼ばれる難しい問題がありますが、符号問題を回避するための手法も発展してきています。
近年は、重イオン衝突型加速器RHIC※3で発見されたクォーク・グルーオン・プラズマの強結合性や、QCD臨界点の温度と密度を特定するためのRHICの新しい実験、符号問題に対する方法の改良などが精力的に議論されています。
研究会では、有限温度格子QCDの新しい方法、QCD臨界点の位置や相対論的重イオン衝突実験との比較、符号問題に対する方法の改良や新しい方法に関する発表がありました。符号問題解決の候補の1つである複素ランジュバン法と、最近提唱された新しい方法であるLefschetz Thimbles法を用いる研究者の間で白熱した議論が繰り広げられる一幕もありました。このような議論を通して、ますます有限温度密度格子QCDの研究が発展することが期待されます。
用語解説
- 1 有限温度密度QCD
- クォークやグルーオンが温度や密度を持つ状態。原子核や初期宇宙、中性子星の内部に存在する。
- 2 クォーク・グルーオン・プラズマ
- クォークとグルーオンがスープのように交じり合った状態。初期宇宙のような高温下で存在したと考えられている。また現在では、RHICなどの実験施設でも実験的に生成されている。
- 3 RHIC
- RHIC（Relativistic Heavy Ion Collider）は、米国ブルックヘブン国立研究所にある実験施設。相対論的重イオン衝突実験によってクォーク・グルーオン・プラズマを作り出している。現在、RHICではビームエネルギー走査実験と呼ばれるQCD臨界点（図の赤丸）を探す実験が行われている。
