「素核宇宙融合による計算科学に基づいた重層的物質構造の解明」

(1)

新学術領域（研究領域提案型）

ヒアリング資料

「素核宇宙融合による計算科学に基づいた

重層的物質構造の解明」

領域代表者

筑波大学・数理物質科学研究科・教授青木慎也

1

(2)

領域の目的

「様々な階層での物質の性質・構造・起源を、クォークから元素合成までという流れの中で、

異なった専門分野の研究者が計算科学という新しい手法を基盤に、共同で解明して行く」、という新しい研究領域を構築することがこの提案の目的である。

（核子）

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(3)

1.

クォークの力学

(QCD)

による核子間相互作用の決定

クォークから核力へ（素粒子と原子核）

2.

決定された核子間相互作用による原子核構造の決定：核力から原子核へ

（素粒子と原子核）

3.

原子核構造に基づいた超新星爆発やブラックホール形成と元素合成の理解：

原子核構造から爆発的天体現象（原子核と宇宙）

研究内容

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(4)

分野連携の実績（計算科学による素粒子・原子核連携）

大規模数値計算（格子

QCD

）による世界初の核力の導出

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ネイチャー誌２００７年リサーチハイライト２１論文の１つに選ばれる（日本からは２論文）

成功のポイント：

素粒子理論と原子核理論の研究者間の連携

スケールの違いを乗り越えるだけの能力を持つ計算機による計算科学の発展

湯川秀樹博士：核力の中間子論（

1935

）湯川理論の予言

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4

(5)

計算基礎科学での実績

1.

素粒子の格子

QCD

分野は計算基礎科学の「発祥の地」。並列計算機開発とそれを使った研究。日本は、アメリカ、ヨーロッパと並ぶ世界の３大拠点の１つ。

計算機開発例：

QCDPAX(14GFlops,1989) CP-PACS(614Gflops, 1996)

PACS-CS(14.3Tflops, 2007) 1996

年

11

月に世界最速を記録

2.

原子核では、日本発で世界的にもユニークな大規模計算手法が開発された計算手法例：モンテカルロ殻模型（

MCSM

）、ユニタリー相関演算子法

(UMOA)

3.

宇宙では、様々な天体シミュレーションや元素合成の計算アルゴリズムやコードを開発計算手法例：

BSSN

方式の数値相対論、陰解法一般相対論的ニュートリノ輸送

5

(6)

準備状況

• ２００７年１２月に、素粒子・原子核・宇宙物理の研究者が集まって「未来の素粒子・

原子核数値シミュレーション」というシンポジウムを開催。（参加者約９０名）。

• ２００８年５月に、素粒子・原子核・宇宙物理の研究者を中心に「計算基礎科学コソーシアム」を設立

(http://www.ccfuns.org/)

。６月に計算基礎科学シンポジウム「シミュレーションでせまる宇宙の成り立ち〜素粒子・原子核・宇宙物理の展望」を開催。（参加者約１２０名）。

• ２００８年９月に行われた文科省が推進している次世代スパコンに関するシンポジウムの中で、計算基礎科学コンソーシアムが協力して「次世代スパコンで物質と宇宙の進化を探る」と題した分科会を開催。（参加者８０名以上）。

• 次世代スパコンの使用も視野に入れた人材育成。（この領域申請の動機の１つ。）

素核宇宙連携シンポジウムの企画開催素核宇宙連携組織の立ち上げ

次世代スパコンの活用への取り組み

6

(7)

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(QCD)

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「量子色力学にもとづく真空構造とクォーク力学」

研究組織

A02

「クォーク力学に基づく原子核構造」

A03

「クォーク力学・原子核構造に基づく爆発的天体現象と元素合成」

A04

「分野横断アルゴリズムと計算機シミュレーション」

公募研究（２０件／２年

x

２回）

7

(8)

A01

代表：大野木哲也（京大）、分担２名、連携１１名（素１０、核１）

1.

格子

QCD

の第一原理計算による真空構造とクォーク力学の解明

2.

格子

QCD

の第一原理計算によるハドロン間相互作用や低エネルギー有効理論の精密決定研究目的

「量子色力学にもとづく真空構造とクォーク力学」

A02

と共通１名、

A04

と共通２名

8

(9)

A02 代表：初田哲男（東大）、分担５名（素２、核３）、連携６名

格子

QCD

計算による核力やハイペロン力の全解明とその結果に基づいた大規模計算による原子核構造論・ハイパー核構造論・高密度物質論の展開

研究目的

A01

と共通１名、

A03

と共通１名、

A04

と共通２名

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「クォーク力学に基づく原子核構造」

9

(10)

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A03

研究目的

1.

原子核と宇宙の連携による超新星爆発やブラックホール形成の理解

2.

上記のような爆発的天体現象を基にした宇宙での元素合成の解明

代表鈴木英之（東京理科大）、分担４名、連携８名（宇３、核５）

A02

と共通１名、

A04

と共通１名

「クォーク力学・原子核構造に基づく爆発的天体現象と元素合成」

10

(11)

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代表者：松古栄夫

(KEK)

、分担２名、連携７名（素２・核２・宇１・数２）

研究目的

1.

素核宇宙各分野のアルゴリズムの最適化の知見の融合。

2.

様々なアーキテクチャの計算機の最大性能を引き出す技術の確立。

3.

大規模データの効率的な共有環境の確立。

A01

と共通２名、

A02

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A03

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「分野横断アルゴリズムと計算機シミュレーション」

11

(12)

総括班 ^目的各計画研究班内部の共同研究や複数の計画班に跨がった共同研究の促進。

具体的活動

1.

領域全体の研究会の開催。（年１、２回）

2.

国際研究会の開催。（３年目と５年目）

3.

計画研究班同士の相互理解の促進。

4.

本領域分野の標準的教科書の作成とそれを通した人材育成の展開。

5.

本領域に関する広報活動。

論

12

(13)

領域推進のビジョン

成功のポイント領域内に真の共同研究を生み出す基盤を構築し、具体的な共同研究を推進して行くこと。

1.

発展著しい計算科学による素粒子・原子核の融合

2.

クォーク・原子核から爆発的天体現象・元素合成までという融合可能な研究分野の存在

領域成立の基礎

代表の役割異なる研究分野間の風通しを良くし、真の共同研究を促進する触媒となること。

具体策

^1.

領域代表に専念（計画研究の代表はやらない）

2.

全体研究会を主催し、領域全体の研究内容を把握

3.

計画研究代表者と協力し、領域の「標準的教科書」を作成

4.

総合的な知見を基に、共同研究の具体案の提示とその実行

13

(14)

本領域の意義

素粒子・原子核・宇宙の研究者が計算科学を軸に有機的に連携し共同研究を進めるというのは世界で初めての試みである。

本領域の成功は、この分野を学問的に発展させるだけでなく、細分化・専門化されている現代基礎科学（物理学）の研究を階層性をもつ幅広い現象の研究に発展させるモデルケースとなる。

14

「素核宇宙融合による 計算科学に基づいた 重層的物質構造の解明」

新学術領域（研究領域提案型）

ヒアリング資料