Transport model comparison studies of intermediate-energy heavy-ion collisions

中間エネルギーの重イオン研究のための輸送計算モデル

Walter, H.*; Colonna, M.*; Cozma, D.*; Danielewicz, P.*; Ko, C. M.*; Kumar, R.*; 小野 章*; Tsang, M. Y. B*; Xu, J.*; Zhang, Y.-X.*; Feng, Z.-Q.*; Gaitanos, T.*; Le Fvre, A.*; 池野 なつ美*; Kim, Y.*; Mallik, S.*; Napolitani, P.*; Oliinychenko, D.*; 小川 達彦   ; 橋本 慎太郎  ; 佐藤 達彦   ; 他31名*

Walter, H.*; Colonna, M.*; Cozma, D.*; Danielewicz, P.*; Ko, C. M.*; Kumar, R.*; Ono, Akira*; Tsang, M. Y. B*; Xu, J.*; Zhang, Y.-X.*; Feng, Z.-Q.*; Gaitanos, T.*; Le Fvre, A.*; Ikeno, Natsumi*; Kim, Y.*; Mallik, S.*; Napolitani, P.*; Oliinychenko, D.*; Ogawa, Tatsuhiko; Hashimoto, Shintaro; Sato, Tatsuhiko; 31 of others*

原子核-原子核衝突や原子核の状態方程式の研究において、反応計算モデルは重要なツールとなり、世界中で開発が進んでいる。本論文は、原子力機構のJQMD-2.0を含め、現在開発中の複数のコード開発者の協力により、これらコードを同じ条件で比較することで共通点や差異を明らかにしたプロジェクトTransport Model Evaluation Project (TMEP)を総括したものである。参加したコードはBoltzmann-Uehling-Uhlenbeck(BUU)法に基づく13のコードと、Quantum Molecular Dynamics (QMD)法に基づく12のコードであった。プロジェクトでは、Au原子核同士を衝突させてその終状態を観測する現実的な計算や、一辺が640nmの箱に核子を詰めて時間発展させる仮想的な計算を行った。その結果、BUU法コードとQMD法コードは計算原理が異なるため、計算の設定に関係なく系統的な差異が生じることが明らかになった。その一方で、同じ方法を採用するコード間の比較では、時間発展を細かく計算することでコード間の差は埋まっていき、一定の収束値を持つことが示された。この結果は今後開発される同分野のコードのベンチマークデータとして有用なものであるだけでなく、原子核基礎物理学の実験や理論研究の標準的な指針としても役に立つことが期待される。

Transport models are the main method to obtain physics information on the nuclear equation of state and in-medium properties of particles from low to relativistic-energy heavy-ion collisions. The Transport Model Evaluation Project (TMEP) has been pursued to test the robustness of transport model predictions to reach consistent conclusions from the same type of physical model. To this end, calculations under controlled conditions of physical input and set-up were performed by the various participating codes. These included both calculations of nuclear matter in a periodic box, which test individual ingredients of a transport code, and calculations of complete collisions of heavy ions. Over the years, five studies were performed within this project. They show, on one hand, that in box calculations the differences between the codes can be well understood and a convergence of the results can be reached. These studies also highlight the systematic differences between the two families of transport codes, known under the names of Boltzmann-Uehling-Uhlenbeck (BUU) and Quantum Molecular Dynamics (QMD) type codes. On the other hand, there still exist substantial differences when these codes are applied to real heavy-ion collisions. The results of transport simulations of heavy-ion collisions will have more significance if codes demonstrate that they can verify benchmark calculations such as the ones studied in these evaluations.