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藤井 大輔; 中山 勝政*; 鈴木 渓
Physical Review D, 113(3), p.036002_1 - 036002_12, 2026/02
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Astronomy & Astrophysics)ディラックフェルミオンの異常磁気モーメント(AMM)が磁場中のフェルミオン・カシミール効果に及ぼす影響について、理論的に検討する。この解析では、既存のリフシッツ公式を拡張するかたちでAMMの効果を組み込む。我々の導出した拡張公式により、AMMの存在がフェルミオン・カシミールエネルギーを増加させることが明らかになる。特に、AMMが十分大きい場合、最低ランダウ準位のギャップレスな性質によってカシミールエネルギーが大きく強化される。さらに、電子、ミューオン、構成クォークといった異なるフェルミオンに対して、磁場下でのカシミールエネルギーを定量的に評価する。
藤井 大輔; 中山 勝政*; 鈴木 渓
Physics Letters B, 868, p.139758_1 - 139758_6, 2025/09
被引用回数：1 パーセンタイル：47.92(Astronomy & Astrophysics)リフシッツ公式は、有限温度におけるカシミール効果を解析するための基本的な理論枠組みとして広く知られている。本研究では、この公式を有限化学ポテンシャルのもとでの量子場に由来するカシミール効果へと拡張する。得られた一般化された公式の有用性を示すために、境界条件の違いや有限温度、空間次元の一般化、化学ポテンシャルの不均衡など、さまざまな設定における典型的なカシミール効果の特徴を検討する。この枠組みは、密なクォーク物質やディラック/ワイル半金属といった系にも適用可能であり、そこでは化学ポテンシャルがカシミール効果を制御するための調整パラメータとして機能する。
藤井 大輔; 中山 勝政*; 鈴木 渓
Physical Review D, 112(3), p.034020_1 - 034020_17, 2025/08
被引用回数：1 パーセンタイル：31.54(Astronomy & Astrophysics)磁場中の有限密度物質において、ディラックフェルミオンに由来するカシミール効果を理論的に解析する。特に、強い相互作用をもつディラック系における不均一な基底状態の候補として知られる「磁気二重カイラル密度波(MDCDW)相」におけるクォーク場に注目する。この相では、化学ポテンシャル・外部磁場・基底状態の空間的変調が複雑に干渉することで、カシミールエネルギーが距離に対して非自明な振動的挙動を示す。全カシミールエネルギーをランダウ準位ごとに分解することで、最低準位と高次準位のどちらが寄与するかによって、異なるタイプのカシミール効果が現れることが明らかになる。さらに、アップクォークとダウンクォークといったフェルミオンのフレーバー間の準位分裂に起因する特徴的な振る舞いも指摘する。
藤井 大輔; 中山 勝政*; 鈴木 渓
International Journal of Modern Physics A, 40(10-11), p.2543022_1 - 2543022_9, 2025/04
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Physics, Nuclear)本発表では磁場がゼロかゼロでない場合の、高密度で薄いクォーク物質において、クォーク場から発現する新しいカシミア効果の発見について講演した。驚くべきことに、密なクォーク物質の基底状態の候補である二重カイラル密度波(DCDW)相では、カシミアエネルギーが厚さの関数として振動する。この発見は、極限状態におけるQCDダイナミクスによって駆動されるユニークな振動カシミール現象を浮き彫りにするものである。
藤井 大輔; 中山 勝政*; 鈴木 渓
International Journal of Modern Physics A, 40(10-11), p.2543020_1 - 2543020_8, 2025/04
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Physics, Nuclear)本講演では、有限の化学ポテンシャル、特に、有限密度系の量子場から誘起されるカシミール効果について議論する。有限温度系のカシミール効果には長い歴史があり、実験による検証も含めて一定の理解が得られているが、有限密度系のカシミール効果についての先行研究は非常に少ない。これは、平衡状態として光子場の化学ポテンシャルを実験的に制御することが困難なためである。一方、フェルミオン系に着目したとき、フェルミオンの化学ポテンシャルは実験で比較的制御可能なパラメータであり、カシミール効果の性質を制御するのに役立つことが期待される。さらに、有限密度フェルミオン系で実現する多彩な量子多体現象は、カシミール効果の典型的な性質を劇的に変化させる可能性がある。本研究では、有限密度のディラック場から誘起されるカシミール効果を定式化し、カシミール効果に起因する物理量が境界条件間の距離や化学ポテンシャルの関数として振動することなどを示す。このような「有限密度カシミール効果」が現れる物理系の例として、ディラック半金属薄膜や高密度クォーク物質が平たく広がった状態への応用について議論する。
藤井 大輔; 中山 勝政*; 鈴木 渓
International Journal of Modern Physics A, 40(10-11), p.2543017_1 - 2543017_8, 2025/01
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Physics, Nuclear)本研究では、格子正則化された時空におけるカシミールエネルギーの特性を解析する。カシミールエネルギーは一般に、量子場のゼロ点エネルギーによる発散を取り除くための正則化を必要とする。本研究では、格子間隔が有限である限り格子効果が残るという点を活かして、格子正則化によりカシミールエネルギーを定義する。まず、ナイーブ型およびウィルソン型フェルミオンを用いた計算手法を示す。格子効果がごく限られた点にのみ現れる場合には、連続極限を取ることで連続時空におけるカシミールエネルギーを得ることが可能である。具体的な物理系としては、格子効果が重要となるディラック/ワイル半金属における電子場や、連続極限が正確に再現されるアクシオン電磁気学における光子場のカシミールエネルギーを調べている。
藤井 大輔; 中山 勝政*; 鈴木 渓
Physical Review D, 110(1), p.014039_1 - 014039_15, 2024/07
被引用回数：6 パーセンタイル：60.08(Astronomy & Astrophysics)カシミア効果は、微小体積に閉じ込められた光子場から誘起されることが知られており、また、そのフェルミオン的な対応物も、幅広い量子系で予言されている。ここでは、薄い有限密度クォーク物質において、どのような種類のカシミア効果がクォーク場から起こりうるかを調べる。特に、有限密度クォーク物質の基底状態の候補である二重カイラル密度波において、カシミアエネルギーが物質の厚さの関数として振動することを見いだした。この振動するカシミア効果は、Weyl半金属におけるカシミア効果と類似しており、クォーク場の運動量空間におけるWeyl点に起因すると考えることができる。さらに、クォークのフェルミ海からも振動が誘起され、全カシミアエネルギーは複数の振動の重ね合わせから構成されることを示す。
中山 勝政*; 鈴木 渓
Physics Letters B, 843, p.138017_1 - 138017_7, 2023/08
被引用回数：11 パーセンタイル：82.31(Astronomy & Astrophysics)カシミール効果は、有限サイズの空間内に閉じ込められた相対論的な量子場のゼロ点エネルギーによって誘起される量子現象である。真空中の光子場に起因するカシミール効果は古くから研究されており、理論的にも実験的にも一定の理解が得られているが、ディラック/ワイル半金属内部で実現している相対論的フェルミオン場に起因するカシミール効果の具体的な性質は未解決の問題である。本論文では、ディラック/ワイル半金属薄膜内部の相対論的電子場から生じるカシミール効果の典型的な性質を理論的に明らかにするため、Cd
As
やNaBiなどのディラック半金属を記述する具体的な有効ハミルトニアンを用いた解析結果を示す。特に、これらの物質では、準粒子の持つエネルギーと運動量の分散関係における「ディラック/ワイルノード」構造の存在に起因して特徴的な物理現象が生じることが多いが、本論文では、薄膜の厚さを変化させるにつれてカシミールエネルギーと呼ばれる物理量が振動する現象を予言した。このような振動現象は、半金属薄膜内部で正の圧力と負の圧力が交互に現れることを意味しており、何らかの熱力学量の膜厚依存性に寄与するため、実験的にも観測可能であることが期待される。
中山 勝政*; 鈴木 渓
Physical Review Research (Internet), 5(2), p.L022054_1 - L022054_6, 2023/06
カシミール効果は、何らかの量子場から生じるゼロ点エネルギーが空間的な境界条件の存在によって変化することを起源とする量子現象であり、一粒子エネルギーが運動量について線形に増加するような「相対論的な」量子場(電磁場など)に関しては過去の理論的・実験的な研究によって一定の理解が得られている。一方で、分散関係が二次となる「非相対論的な」量子場も世の中には数多く存在するが、そのような系にもカシミール効果が存在するのか否かはそれほど自明でない。本論文では、様々な分散関係を持つ格子上の量子場のカシミール効果が存在(または消失)する条件について、理論的な考察を行った。特に、偶数次の分散関係を持つような量子場を調べたところ、二つの境界間の距離が長距離のときカシミール効果が消失するが、短距離のときにのみ特異的な「名残」が残る例(remnant Casimir effect)を発見した。このような現象の発見は、有限サイズの格子構造からなる量子系(例えば、3次元物質の薄膜、2次元物質のナノリボンやナノチューブ、1次元物質のナノワイヤなど)の物理量の理解や解釈に役立つことが期待される。また、一般に、質量(ギャップ)を持つ量子場では、質量の無い(ギャップレスな)量子場と比べてカシミール効果が弱くなることが知られているが、この性質について今回の発見を応用した再解釈を与える。
中山 勝政*; 鈴木 渓
Proceedings of Science (Internet), 430, p.379_1 - 379_9, 2023/04
本来のカシミール効果は連続時空上に存在する量子場から創発する物理現象であり、理論的にも信頼性の高い定式化が達成されているが、「格子」上に定義された空間(例えば、固体の結晶構造など)において、カシミール効果に相当する物理現象を定式化し、その性質を明らかにすることは重要なテーマである。本会議録では、格子上の様々な量子場に起因するカシミール効果の性質に関する近年の研究成果について報告する。まず、格子空間上のカシミールエネルギーを定義し、格子上のフェルミ粒子の一種であるウィルソン・フェルミオンによるカシミール効果が連続時空上のディラック粒子によるものと極めて似た性質となることを示す。さらに、CdAsやNaBiなどのディラック半金属を記述する有効ハミルトニアンを用いた解析により、この系のカシミールエネルギーが半金属薄膜の厚さの関数として振動することを示す。また、電子系に磁場をかけることで生じるランダウ量子化による影響や格子上の非相対論的量子場によるカシミール効果の性質についても報告する。
石川 力*; 中山 勝政*; 鈴木 渓
Physical Review D, 104(9), p.094515_1 - 094515_11, 2021/11
被引用回数：8 パーセンタイル：40.06(Astronomy & Astrophysics)「ウィルソン・フェルミオン」と呼ばれる格子上のフェルミ粒子に対する近藤効果を記述する模型を構築し、様々な物理現象の予言・解明を行った。模型として、軽いウィルソン・フェルミオンと重いフェルミオンとの4点相互作用を含むカイラルGross-Neveu模型に対する平均場アプローチを用いた。結果として、ゼロ質量のウィルソン・フェルミオンからなる有限密度媒質において近藤効果が実現可能であることを示し、それに伴う近藤凝縮と軽いフェルミオン対の凝縮(スカラー凝縮)との共存相が存在可能であることを示した。このとき、スカラー凝縮が消える臨界的な化学ポテンシャルの値は近藤効果によってシフトする。さらに、負質量を持つウィルソン・フェルミオンにおいては、パリティ対称性が自発的に破れた相(Aoki phase)が生じることが知られているが、Aoki phaseが生じるパラメータ領域近傍で近藤効果も増幅されることを示した。本研究の発見は、ディラック半金属,トポロジカル絶縁体などの物質や、将来的な格子シミュレーションにおける不純物の役割を明らかにするために役立つことが期待される。
石川 力*; 中山 勝政*; 鈴木 渓
Physical Review Research (Internet), 3(2), p.023201_1 - 023201_23, 2021/06
カシミール効果は、何らかの粒子のゼロ点エネルギーが2枚の平行平板の存在によって歪められることによって生じる物理現象である。格子上の自由度においては、エネルギーと運動量の分散関係はブリルアンゾーンの範囲で周期性を持つため、それに対応してカシミール効果も変化するはずである。本研究では、ナイーブ・フェルミオン,ウィルソン・フェルミオン,(メビウス・ドメインウォール・フェルミオン定式化に基づく)オーバーラップ・フェルミオンなどの格子フェルミオン系におけるカシミール効果の性質を理論的に調べた。特に、
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次元において周期境界条件または反周期境界条件を持つ系について系統的な解析を行った。中でも、ナイーブ・フェルミオン,負質量を持つウィルソン・フェルミオン,domain-wall heightが大きい場合のオーバーラップ・フェルミオンなどの系において、奇数格子と偶数格子の間でカシミールエネルギーの大きさが振動する現象が見られた。この振動現象は、高運動量を持つ自由度(ダブラー)の存在に起因している。このような新奇なカシミール効果は、トポロジカル絶縁体のような物性系の実験や格子シミュレーションによって将来的に検証されることが期待される。
石川 力*; 中山 勝政*; 鈴木 渓
Physics Letters B, 809, p.135713_1 - 135713_7, 2020/10
被引用回数：19 パーセンタイル：81.54(Astronomy & Astrophysics)本論文では、相互作用のない格子フェルミオンにおけるカシミールエネルギーの定義を世界で初めて提案する。我々はこの定義を用いることで、空間方向に周期境界条件や半周期境界条件が課された1+1次元時空におけるナイーブ・フェルミオン,ウィルソン・フェルミオン,(メビウス・ドメインウォール・フェルミオン定式化に基づく)オーバーラップ・フェルミオンに対するカシミール効果の性質を調べた。ナイーブ・フェルミオンにおいては、奇数個・偶数個の格子に対してカシミールエネルギーが交互に振動するという結果が得られた。ウィルソン・フェルミオンにおいては、格子サイズが
の領域で、連続理論のディラック粒子におけるカシミールエネルギーとよく一致する結果が得られた。この結果は、格子シミュレーションによってカシミール効果を測定する際に、ウィルソン・フェルミオンによる格子正則化を用いることで離散化誤差をよく制御できることを意味している。さらに、(メビウス・ドメインウォール・フェルミオン定式化に基づく)オーバーラップ・フェルミオンはトポロジカル絶縁体の表面モードに対応しており、様々なモデルパラメータ依存性も調べた。これらの発見は、対応する格子構造を持つ物性系や、格子上の数値シミュレーションによっても検証されることが期待される。
mesons as a probe of Casimir effect for chiral symmetry breaking石川 力*; 中山 勝政*; 末永 大輝*; 鈴木 渓
Physical Review D, 100(3), p.034016_1 - 034016_14, 2019/08
被引用回数：7 パーセンタイル：31.51(Astronomy & Astrophysics)本論文では、ゼロ温度および有限温度におけるカイラル対称性の自発的破れに対する有限体積効果を検証するために、中間子がプローブとして役立つことを示した。まず、2+1フレーバーの構成子クォークを含む線形シグマ模型を用いることで、
平均場に対するCasimir効果を解析した。この解析では、反周期境界条件でカイラル対称性が回復し、周期境界条件で対称性の破れが増幅するという結果が得られた。さらに、有限温度・体積平面における平均場の相図を示した。中間子に対しては、カイラルパートナー構造に基づく有効模型を構築した。ここで、中間子質量の体積依存性は、平均場によって与えられる。
中間子は
平均場を含むため、中間子と比べて体積変化に対する応答が鈍いことが判明した。高温・周期境界条件においては、中間子の質量シフトに異常が見られることを発見し、この振る舞いは将来の格子QCDシミュレーションによる検証で役立つことが期待される。さらに、コンパクト化空間次元の数の依存性も調べた。
鈴木 渓; 藤井 大輔; 中山 勝政*
no journal, ,
通常のカシミール効果は真空中の光子場に対して定義される物理現象であるが、一方で固体物理で扱われる様々な準粒子場に対してもカシミール効果に相当する新奇な物理現象が生じることがある。原子核物理やQCDの分野においても、高密度クォーク物質/核物質を考えることで、同様の物理現象が実現される可能性がある。例えば、dual chiral density wave (DCDW)相と呼ばれる物質相は、高密度QCDの基底状態の候補として長年研究されている。本講演では、DCDW相におけるクォーク場から生じるカシミール効果の典型的な性質を理論的に示し、カシミールエネルギーなどの物理量が系のサイズの関数として振動する現象を提案する。この現象は、固体物理における対応物であるワイル半金属においても現れることが期待されており、クォーク物質と固体物性系との比較について議論を行う。
藤井 大輔; 中山 勝政*; 鈴木 渓
no journal, ,
現代の原子核物理における最も重要な問いの一つは、有限密度QCD中で、どのような物質相が実現するのかというものである。これまでに多くの空間的に一様に広がった物質相の研究が存在する中で、近年、非一様なカイラル凝縮相が注目されている。この非一様なカイラル凝縮相の一つが、dual chiral density wave phaseであり、スカラーと擬スカラーの両方の凝縮が位置依存する。このような非一様なカイラル凝縮相は、中性子星内部に実現する可能性がある。本発表では、この非一様なカイラル凝縮相を含めたクォーク物質におけるカシミア効果について議論する。さらに、中性子星内部を想定して、磁場をかけた時にそれらがどのように振る舞うかについても議論する。
藤井 大輔; 中山 勝政*; 鈴木 渓
no journal, ,
有限温度では、カシミア効果は一般にリフシッツ公式に基づいて解析される。本発表では、このリフシッツ公式を非ゼロの化学ポテンシャルをもつ量子場へ拡張する。得られた表式は、異なる境界条件、有限温度、任意の空間次元、化学ポテンシャルのミスマッチなど、幅広い設定に対応しており、各場合に特有の挙動を示す。本公式は、高密度クォーク物質やディラック/ワイル半金属に直接適用可能であり、化学ポテンシャルをカシミア効果を制御するための調整可能なパラメータとして扱うことができる。
藤井 大輔; 鈴木 渓; 中山 勝政*
no journal, ,
近年、物性系で実現される新たなタイプのカシミア効果が発見された。例えば、ワイル半金属におけるphotonicカシミア効果は、異常な振る舞いを示すことが明らかとなった。この新たなタイプのカシミア効果は、高密度クォーク物質においても実現される可能性がある。本発表では、NJL模型を用いて有限密度QCDにおけるカシミア効果の典型的な特徴について議論する。特に、dual chiral density wave相におけるカシミア効果の異常な振る舞いが明らかとなった。
石川 力*; 中山 勝政*; 鈴木 渓
no journal, ,
従来から知られている近藤効果は、金属中の伝導電子と局在不純物間の相互作用によって生じる量子現象である。近年では、ディラック半金属やトポロジカル絶縁体,高密度クォーク物質のような「相対論的」フェルミオンを含む系における近藤効果も注目されている。特に、2013年に初めて予言されたQCD近藤効果は、有限密度クォーク物質中の不純物(ヘビー)クォークによって誘起されることが期待される現象である。しかし、QCD近藤効果が量子色力学(QCD)のどのパラメータ領域で実現するのか、さらに格子QCDシミュレーションによってどのように検証され得るかはまだ明らかでなく、将来的な課題となっている。本講演では、赤外領域でディラック粒子として振る舞う格子フェルミオンの一例としてウィルソン・フェルミオンに注目し、有効模型を用いて近藤効果が生じることを示す。さらに、格子系に特有の性質、他の非摂動効果との競合現象、格子シミュレーションへの実装における問題点などを議論する。
鈴木 渓; 石川 力*; 中山 勝政*; 末永 大輝*
no journal, ,
D中間子はカイラル凝縮に対するシンプルなプローブであることが期待される。QCD真空においてCasimir効果を考えるとき、QCD真空の非摂動的性質は系の体積や境界条件に伴い変化する。本講演では、Casimir効果によるカイラル対称性の自発的破れの変化と、それに対するD中間子の応答に着目し、カイラルパートナー構造に基づく有効ラグランジアンを用いることで、体積・境界条件・温度依存性や格子QCDシミュレーションへの応用などについて議論を行う。
石川 力*; 中山 勝政*; 鈴木 渓
no journal, ,
本講演では、相互作用のない格子フェルミオンにおけるカシミールエネルギーの定義を提案する。我々はこの定義を用いることで、空間方向に周期境界条件や半周期境界条件が課された次元時空におけるナイーブ・フェルミオン,ウィルソン・フェルミオン,(メビウス・ドメインウォール・フェルミオン定式化に基づく)オーバーラップ・フェルミオンに対するカシミール効果の性質を調べた。ナイーブ・フェルミオンにおいては、奇数個・偶数個の格子に対してカシミールエネルギーが交互に振動するという結果が得られた。ウィルソン・フェルミオンにおいては、格子サイズがの領域で、連続理論のディラック粒子におけるカシミールエネルギーとよく一致する結果が得られた。この結果は、格子シミュレーションによってカシミール効果を測定する際に、ウィルソン・フェルミオンによる格子正則化を用いることで離散化誤差をよく制御できることを意味している。さらに、(メビウス・ドメインウォール・フェルミオン定式化に基づく)オーバーラップ・フェルミオンはトポロジカル絶縁体の表面モードに対応しており、様々なモデルパラメータ依存性も調べた。これらの発見は、対応する格子構造を持つ物性系や、格子上の数値シミュレーションによっても検証されることが期待される。
